JPWO2011055737A1 - Thermostable strand displacement DNA polymerase and method for producing the DNA polymerase - Google Patents
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Abstract
【課題】新規な耐熱性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼ及びその生産方法を提供する。【解決手段】配列番号1、2又は3に記載のアミノ酸配列からなる鎖置換型DNAポリメラーゼ。配列番号1又は2に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼ。RCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が60〜75℃の範囲であるか、または70℃の温度においてLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有するか、または70〜80℃の温度で5分間の熱処理後の鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が、未熱処理の場合のLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の80%以上の耐熱性を有する。配列番号3に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼ。RCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が45〜55℃の範囲であるか、55℃の温度においてLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有するか、又は55〜60℃の温度で5分間の熱処理後の鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が、未熱処理の場合のLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の80%以上の耐熱性を有する。The present invention provides a novel heat-resistant strand displacement DNA polymerase and a method for producing the same. A strand displacement DNA polymerase comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 2 or 3. A strand displacement type DNA polymerase comprising a strand displacement type DNA polymerase activity comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2. The temperature at which the strand displacement DNA polymerase activity by the RCA method is maximized is in the range of 60 to 75 ° C., or has the strand displacement DNA polymerase activity by the LAMP method at a temperature of 70 ° C., or 70 to 80 ° C. The strand displacement DNA polymerase activity after heat treatment for 5 minutes at a temperature has a heat resistance of 80% or more of the strand displacement DNA polymerase activity by the LAMP method when not heat-treated. A strand displacement type DNA polymerase comprising a strand displacement type DNA polymerase activity, comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3. The temperature at which the strand displacement DNA polymerase activity by the RCA method is maximized is in the range of 45 to 55 ° C., has the strand displacement DNA polymerase activity by the LAMP method at a temperature of 55 ° C., or a temperature of 55 to 60 ° C. The strand displacement type DNA polymerase activity after heat treatment for 5 minutes has a heat resistance of 80% or more of the strand displacement type DNA polymerase activity by the LAMP method when not heat-treated.
Description
本出願は、2009年11月6日出願の日本特願2009−254529号の優先権を主張し、その全記載は、ここに特に開示として援用される。 This application claims the priority of Japanese Patent Application No. 2009-254529 filed on Nov. 6, 2009, the entire description of which is specifically incorporated herein by reference.
本発明は、耐熱性鎖置換型DNAポリメラーゼ及び該DNAポリメラーゼの生産法に関するものである。 The present invention relates to a thermostable strand displacement type DNA polymerase and a method for producing the DNA polymerase.
SDA(Strand Displacement Amplification)法やLAMP法などの鎖置換型DNA増幅が、DNAの増幅法として近年注目され、かつ多用されるようになってきている。 In recent years, strand displacement type DNA amplification such as SDA (Strand Displacement Amplification) method and LAMP method has been attracting attention and frequently used as a DNA amplification method.
鎖置換型DNA増幅を行うには、鎖置換型活性を有するDNAポリメラーゼが用いられる。鎖置換型活性を有するDNAポリメラーゼとしては、例えば、Geobacillus stearothermophilus由来のBst DNAポリメラーゼや、Bacillus pallidus由来のBpa DNAポリメラーゼ[特許文献1]等が報告されている。また、大腸菌と同じようにタンパク質のN末端側の5'-3'エキソヌクレアーゼドメインを含まないKlenow型酵素も知られている[特許文献2]。Bacillus属由来のDNAポリメラーゼは、中程度の高温域 (60℃付近の温度)で生育するものであり、耐熱性で鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有している。 In order to perform strand displacement type DNA amplification, a DNA polymerase having strand displacement type activity is used. As DNA polymerase having strand displacement activity, for example, Bst DNA polymerase derived from Geobacillus stearothermophilus, Bpa DNA polymerase derived from Bacillus pallidus [Patent Document 1] and the like have been reported. In addition, as in E. coli, a Klenow-type enzyme that does not contain a 5′-3 ′ exonuclease domain on the N-terminal side of a protein is also known [Patent Document 2]. A DNA polymerase derived from the genus Bacillus grows in a moderate high temperature range (a temperature around 60 ° C.), has heat resistance and has a strand displacement type DNA polymerase activity.
また耐熱性は有していないが、Bacillus subtilisに感染するPhi29ファージのDNAポリメラーゼはT4 DNAポリメラーゼと同様に3'-5'エキソヌクレアーゼ活性が強く、また鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有している。最近では、超高速並列DNAシーケンサーを用いた大規模シーケンシングにおけるサンプル調製及び塩基配列の解読にこれらの鎖置換型DNAポリメラーゼが利用されており、その有用性は高い。 Although it does not have heat resistance, the DNA polymerase of Phi29 phage that infects Bacillus subtilis has a strong 3'-5 'exonuclease activity as well as T4 DNA polymerase, and has a strand displacement type DNA polymerase activity. . Recently, these strand displacement DNA polymerases have been used for sample preparation and base sequence decoding in large-scale sequencing using an ultrafast parallel DNA sequencer, and their usefulness is high.
特許文献1〜5及び非特許文献1〜6の全記載は、ここに特に開示として援用される。 The entire descriptions of Patent Documents 1 to 5 and Non-Patent Documents 1 to 6 are specifically incorporated herein by reference.
GC含量が高いDNA配列には、PCR法による増幅が極めて困難なDNA配列が存在する。このような場合には、水素結合に影響を与える溶媒(例えばDMSO、ベタイン、ホルムアミド)を添加することにより増幅が可能となる方法がある[例えば、非特許文献1]。しかし、鎖置換型DNA増幅においては、上記のようなGC含量が高いDNA配列であっても増幅は容易である。従って、今後の遺伝子解析、検査、診断分野において鎖置換型DNA増幅は有望な技術である。 Among DNA sequences having a high GC content, there are DNA sequences that are extremely difficult to amplify by PCR. In such a case, there is a method in which amplification is possible by adding a solvent that affects hydrogen bonding (for example, DMSO, betaine, formamide) [for example, Non-Patent Document 1]. However, in strand displacement type DNA amplification, amplification is easy even for a DNA sequence having a high GC content as described above. Therefore, strand displacement type DNA amplification is a promising technique in the field of gene analysis, testing and diagnosis in the future.
しかしながら、これまでに報告されている鎖置換型DNAポリメラーゼはPCR法で汎用されているTaq DNAポリメラーゼやPfu DNAポリメラーゼ等と比べて耐熱性が低い。遺伝子解析、検査、診断において正確な結果を得るためには、よりタンパク質の安定性に優れ、阻害物質に対する耐性が高いなどの、新しい機能を有するDNAポリメラーゼが要望されている。 However, the strand displacement type DNA polymerases reported so far have lower heat resistance than Taq DNA polymerase, Pfu DNA polymerase, etc. which are widely used in PCR. In order to obtain accurate results in genetic analysis, testing, and diagnosis, there is a demand for DNA polymerases having new functions such as better protein stability and higher resistance to inhibitors.
そこで本発明の目的は、新規な耐熱性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼを提供すること、及びその生産方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel strand-displacement DNA polymerase having heat resistance and a production method thereof.
本発明者らは、上記目的を達成すべく、有機廃棄物を85℃以上の温度で発酵させて得られた堆肥中に存在する微生物に由来のDNAポリメラーゼについて調査検討し、その結果、上記目的を達成する新規な耐熱性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼを見出して本発明を完成させた。 In order to achieve the above object, the present inventors investigated and examined DNA polymerase derived from microorganisms present in compost obtained by fermenting organic waste at a temperature of 85 ° C. or higher. The present invention has been completed by finding a novel thermostable DNA polymerase having heat resistance that achieves the above.
本発明は、以下のとおりである。
[1]
配列番号1又は2に記載のアミノ酸配列からなる鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[2]
配列番号1又は2に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、かつRCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が60〜75℃の範囲である鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[3]
配列番号1又は2に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、かつ70℃の温度においてもLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[4]
配列番号1又は2に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、70〜80℃の温度で5分間の熱処理後の鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が、未熱処理の場合のLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の80%以上の耐熱性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[5]
RCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が60〜75℃の範囲である[4]に記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[6]
70℃の温度においてLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する[4]に記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[7]
鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大となるpHが8.0以上である[2]〜[6]のいずれかに記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[8]
配列番号1又は2に示したアミノ酸配列が、少なくとも生物学的に許容される一つ以上のアミノ酸置換、アミノ酸欠失、及び/又はアミノ酸挿入を含む、[2]〜[7]のいずれかに記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[9]
1〜10個のアミノ酸置換、アミノ酸欠失、及び/又はアミノ酸挿入を含む[8]に記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[10]
配列番号3に記載のアミノ酸配列からなる鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[11]
配列番号3に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、かつRCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が45〜55℃の範囲である鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[12]
配列番号3に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、かつ55℃の温度においてもLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[13]
配列番号3に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、55〜60℃の温度で5分間の熱処理後の鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が、未熱処理の場合のLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の80%以上の耐熱性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[14]
RCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が45〜55℃の範囲である[13]に記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[15]
55℃の温度においてLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する[13]に記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[16]
DNAポリメラーゼ活性および鎖置換型活性が最大となるpHが8.0以上である[11]〜[15]のいずれかに記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[17]
配列番号3に示したアミノ酸配列が、少なくとも生物学的に許容される一つ以上のアミノ酸置換、アミノ酸欠失、及び/又はアミノ酸挿入を含む、[11]〜[16]のいずれかに記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[18]
1〜10個のアミノ酸置換、アミノ酸欠失、及び/又はアミノ酸挿入を含む[17]に記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[19]
LAMP(Loop-mediated isothermal amplification)法における核酸合成に用いられる[1]〜[18]のいずれかに記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。
[20]
[1]〜[18]のいずれかに記載のDNAポリメラーゼをコードする遺伝子。
[21]
[20]に記載の遺伝子をベクター上に搭載し、このベクターによって宿主細胞を形質転換した後、形質転換させた宿主細胞を培養して培養物中に前記遺伝子がコードするDNAポリメラーゼを蓄積し、蓄積したDNAポリメラーゼを収集することを含む、鎖置換型DNAポリメラーゼの生産方法。
[22]
収集されたDNAポリメラーゼが[1]〜[18]のいずれかに記載の鎖置換型DNAポリメラーゼを含む[20]に記載の生産方法。
[23]
リーダー配列との共発現法を利用した大腸菌発現ベクターを用いる[20]または[21]に記載の生産方法。The present invention is as follows.
[1]
A strand displacement DNA polymerase comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or 2.
[2]
A temperature comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2, having a strand displacement type DNA polymerase activity, and having a maximum strand displacement type DNA polymerase activity by the RCA method. A strand displacement DNA polymerase in the range of 60-75 ° C.
[3]
It consists of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2, has a strand displacement type DNA polymerase activity, and has a strand displacement type DNA polymerase activity by the LAMP method even at a temperature of 70 ° C. A strand displacement DNA polymerase.
[4]
A strand displacement type comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 or 2, having strand displacement type DNA polymerase activity, and after heat treatment at a temperature of 70 to 80 ° C. for 5 minutes A strand displacement type DNA polymerase having a heat resistance of 80% or more of the strand displacement type DNA polymerase activity by the LAMP method when the DNA polymerase activity is not heat-treated.
[5]
The strand displacement DNA polymerase according to [4], wherein the temperature at which the strand displacement DNA polymerase activity is maximized by the RCA method is in the range of 60 to 75 ° C.
[6]
The strand displacement DNA polymerase according to [4], which has strand displacement DNA polymerase activity according to the LAMP method at a temperature of 70 ° C.
[7]
The strand displacement DNA polymerase according to any one of [2] to [6], wherein the pH at which the strand displacement DNA polymerase activity is maximized is 8.0 or more.
[8]
Any one of [2] to [7], wherein the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 contains at least one or more biologically acceptable amino acid substitutions, amino acid deletions, and / or amino acid insertions The strand displacement type DNA polymerase as described.
[9]
The strand displacement type DNA polymerase according to [8], comprising 1 to 10 amino acid substitutions, amino acid deletions, and / or amino acid insertions.
[10]
A strand displacement DNA polymerase comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3.
[11]
It consists of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, has a strand displacement type DNA polymerase activity, and has a temperature at which the strand displacement type DNA polymerase activity by the RCA method becomes maximum at 45 to 45%. Strand displacement DNA polymerase in the range of 55 ° C.
[12]
It consists of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, has strand displacement type DNA polymerase activity, and has strand displacement type DNA polymerase activity by the LAMP method even at a temperature of 55 ° C. Strand displacement DNA polymerase.
[13]
A strand-displacement DNA polymerase comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, having strand displacement-type DNA polymerase activity, and subjected to heat treatment at a temperature of 55-60 ° C for 5 minutes A strand displacement DNA polymerase having a heat resistance of 80% or more of the strand displacement DNA polymerase activity by the LAMP method when the activity is not heat-treated.
[14]
The strand displacement DNA polymerase according to [13], wherein the temperature at which the strand displacement DNA polymerase activity is maximized by the RCA method is in the range of 45 to 55 ° C.
[15]
The strand displacement DNA polymerase according to [13], which has strand displacement DNA polymerase activity according to the LAMP method at a temperature of 55 ° C.
[16]
The strand displacement type DNA polymerase according to any one of [11] to [15], wherein the pH at which the DNA polymerase activity and the strand displacement type activity are maximized is 8.0 or more.
[17]
The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 contains at least one or more biologically acceptable amino acid substitutions, amino acid deletions, and / or amino acid insertions, according to any one of [11] to [16] Strand displacement DNA polymerase.
[18]
The strand displacement DNA polymerase according to [17], comprising 1 to 10 amino acid substitutions, amino acid deletions, and / or amino acid insertions.
[19]
The strand displacement DNA polymerase according to any one of [1] to [18], which is used for nucleic acid synthesis in a LAMP (Loop-mediated isothermal amplification) method.
[20]
[1] A gene encoding the DNA polymerase according to any one of [18].
[21]
[20] The gene described in [20] is mounted on a vector, and after the host cell is transformed with this vector, the transformed host cell is cultured, and the DNA polymerase encoded by the gene is accumulated in the culture, A method for producing a strand displacement type DNA polymerase, comprising collecting accumulated DNA polymerase.
[22]
The production method according to [20], wherein the collected DNA polymerase comprises the strand displacement type DNA polymerase according to any one of [1] to [18].
[23]
The production method according to [20] or [21], wherein an E. coli expression vector using a co-expression method with a leader sequence is used.
本発明によれば、新規な耐熱性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼを提供すること、及びその生産方法を提供することにある。さらに、本発明の鎖置換型DNAポリメラーゼは、塩基性条件下においても良好な鎖置換型DNAポリメラーゼを有すること、さらに、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の保存安定性も優れたものである。 According to the present invention, it is an object of the present invention to provide a novel strand-displacement DNA polymerase having heat resistance and a production method thereof. Furthermore, the strand displacement type DNA polymerase of the present invention has a good strand displacement type DNA polymerase even under basic conditions, and also has excellent storage stability of the strand displacement type DNA polymerase activity.
[鎖置換型DNAポリメラーゼ]
本発明は、鎖置換型DNAポリメラーゼであって、配列番号1又は2に記載のアミノ酸配列からなる鎖置換型DNAポリメラーゼ(本発明の第1の態様の鎖置換型DNAポリメラーゼ)及び配列番号3に記載のアミノ酸配列からなる鎖置換型DNAポリメラーゼ(本発明の第2の態様の鎖置換型DNAポリメラーゼ)に関する。[Strand displacement DNA polymerase]
The present invention relates to a strand displacement type DNA polymerase, a strand displacement type DNA polymerase comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or 2 (the strand displacement type DNA polymerase according to the first aspect of the present invention) and SEQ ID NO: 3 The present invention relates to a strand displacement type DNA polymerase comprising the described amino acid sequence (the strand displacement type DNA polymerase according to the second aspect of the present invention).
前述のように、本発明者らは、有機廃棄物を85℃以上の温度で発酵させて得られた堆肥中に存在する微生物に由来のDNAポリメラーゼについて調査検討した結果、上記本発明の第1の態様及び第2の態様の鎖置換型DNAポリメラーゼを見出した。 As described above, as a result of investigating and examining the DNA polymerase derived from microorganisms present in compost obtained by fermenting organic waste at a temperature of 85 ° C. or higher, the present inventors have found that the first of the present invention described above. The strand-displacing DNA polymerase of the embodiment and the second embodiment was found.
中程度の高温で生育するGeobacillus stearothermophilusは好熱性好気性菌として一般的であるが、分類が非常にあいまいであり、これまで複数のGeobacillus stearothermophilus由来のDNAポリメラーゼが報告されている[非特許文献2]。また、同じGeobacillus属であるが、報告されているstearothermophilus、caldotenaxと極めて構造の類似したDNAポリメラーゼが発見されている。これは、中程度高温菌であるGeobacillus属がまだまだ多様性が広いことを示しており、新しいDNAポリメラーゼを探索する微生物として魅力ある微生物である Geobacillus stearothermophilus that grows at moderately high temperatures is common as a thermophilic aerobic bacterium, but its classification is very ambiguous, and several DNA polymerases derived from Geobacillus stearothermophilus have been reported so far [Non-Patent Document 2]. ]. In addition, DNA polymerases having the same structure as those of the same Geobacillus genus but with the reported stealothermophilus and caldotenax have been discovered. This indicates that the genus Geobacillus, which is a moderately thermophilic bacterium, still has a wide variety, and is an attractive microorganism for exploring new DNA polymerases.
Bacillus属、Geobacillus属に属する中温性好気性芽胞菌は従来から堆肥の生産に用いられて来た。堆肥とは、微生物を用い家畜糞、屎尿、汚泥、都市ごみ等の有機物を発酵させて得られる肥料であり、従来、この発酵の過程には好熱性の微生物が用いられていた。しかしながら、発酵熱による発酵温度は80℃程度が上限であり、芽胞形成性雑菌などを完全に除去することが出来なかった。 Mesophilic aerobic spore bacteria belonging to the genus Bacillus and Geobacillus have been used for the production of compost. Compost is a fertilizer obtained by fermenting organic matter such as livestock excrement, manure, sludge, and municipal waste using microorganisms. Conventionally, thermophilic microorganisms have been used in the fermentation process. However, the upper limit of the fermentation temperature by heat of fermentation is about 80 ° C., and spore-forming germs could not be completely removed.
この問題を解決するために、霧島火山地帯の土壌から得られた85℃以上の温度で生育する細菌培養物を生汚泥に加えて混合し、通気発酵させて85℃以上の発酵温度で汚泥中に存在する雑菌、種子等を死滅させ、汚泥を清浄化し、有用な菌体のみを多数含有する汚泥発酵物を得る方法が見出された [特許文献3、4]。 To solve this problem, bacterial cultures grown at a temperature of 85 ° C or higher obtained from soil in the Kirishima volcanic area are mixed with raw sludge, mixed, aerated and fermented in the sludge at a fermentation temperature of 85 ° C or higher. A method has been found for killing various germs, seeds, etc. present in the plant, purifying sludge, and obtaining a fermented sludge containing only a large number of useful cells [Patent Documents 3 and 4].
この汚泥発酵物は堆肥として利用され、従来の堆肥中において芽胞形成性雑菌等に比べると占有率が低く、見落とされていたであろう新規のBacillus属、Geobacillus属に属する中温性好気性芽胞菌、高温性好気性芽胞菌、好熱菌等が多数見出されている[特許文献3、4]。 This sludge fermented product is used as compost and has a low occupation rate compared to spore-forming bacteria in conventional compost, and the new mesophilic aerobic spore bacteria belonging to the genus Bacillus and Geobacillus that would have been overlooked Many thermophilic aerobic spore bacteria and thermophilic bacteria have been found [Patent Documents 3 and 4].
本発明者らは、有機廃棄物を85℃以上の温度で発酵させて得られた前述の堆肥に着目し、この堆肥から本発明が目的とする耐熱性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼが得られないか試みた。その結果、前記堆肥から単離された好熱菌Caldothrix satsumae YMO81(FERM BP-8233)由来のDNAポリメラーゼ遺伝子を単離した。前述のGeobacillus stearothermophilusは芽胞形成能を有するグラム陽性桿菌であるが、Caldothrix satsumae YMO81はグラム陰性細菌であり、芽胞形成能を持たない。そして、得られたCaldothrix satsumae YMO81由来のDNAポリメラーゼに関しては塩基配列、アミノ酸配列の報告が無かったため、大腸菌に組換えタンパク質を発現させてその活性の検証を試み、本発明の第1の態様の鎖置換型DNAポリメラーゼに至った。 The present inventors pay attention to the above-mentioned compost obtained by fermenting organic waste at a temperature of 85 ° C. or higher, and the strand-substituted DNA polymerase having the heat resistance aimed by the present invention can be obtained from this compost. I tried to find out. As a result, a DNA polymerase gene derived from the thermophilic bacterium Caldothrix satsumae YMO81 (FERM BP-8233) isolated from the compost was isolated. The aforementioned Geobacillus stearothermophilus is a gram-positive gonococcus having a spore-forming ability, but Caldothrix satsumae YMO81 is a gram-negative bacterium and does not have a spore-forming ability. Regarding the obtained DNA polymerase derived from Caldothrix satsumae YMO81, no nucleotide sequence or amino acid sequence was reported. Therefore, the recombinant protein was expressed in Escherichia coli to verify its activity, and the chain according to the first aspect of the present invention was used. It led to substitutional DNA polymerase.
さらに、上記堆肥中に存在する微生物群のメタゲノムからも、DNAポリメラーゼ遺伝子を直接単離した。ここで得られた微生物を96-7と命名し、96-7由来のDNAポリメラーゼに関しては塩基配列、アミノ酸配列の報告が無かったため、大腸菌に組換えタンパク質を発現させてその活性の検証を試み、本発明の第2の態様の鎖置換型DNAポリメラーゼに至った。前記微生物96-7の分類は未同定であるが、96-7由来のDNAポリメラーゼは塩基配列、アミノ酸配列の報告が無く、96-7由来のDNAポリメラーゼも新規なDNAポリメラーゼである。 Furthermore, the DNA polymerase gene was also isolated directly from the metagenome of the microbial community present in the compost. The microorganism obtained here was named 96-7, and for the DNA polymerase derived from 96-7, there was no report of the base sequence or amino acid sequence, so the recombinant protein was expressed in E. coli and the activity was verified. The strand-displacing DNA polymerase according to the second aspect of the present invention has been reached. Although the classification of the microorganism 96-7 has not yet been identified, the DNA polymerase derived from 96-7 has no report of nucleotide sequence or amino acid sequence, and the DNA polymerase derived from 96-7 is also a novel DNA polymerase.
配列番号1に記載のアミノ酸配列からなる鎖置換型DNAポリメラーゼは、実施例1〜3及び試験例1に示すように、890のアミノ酸からなり、RCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が60〜75℃の範囲であり、70℃の温度においてもLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、70〜80℃の温度で5分間の熱処理後の鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が、未熱処理の場合の鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の80%以上の耐熱性を有し、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大となるpHが8.0以上である。 The strand displacement DNA polymerase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is composed of 890 amino acids as shown in Examples 1 to 3 and Test Example 1, and the strand displacement DNA polymerase activity by the RCA method is maximized. The temperature is in the range of 60 to 75 ° C., and has the strand displacement type DNA polymerase activity by the LAMP method even at a temperature of 70 ° C., and the strand displacement type DNA polymerase activity after the heat treatment at 70 to 80 ° C. for 5 minutes. It has a heat resistance of 80% or more of the strand displacement type DNA polymerase activity when not heat-treated, and the pH at which the strand displacement type DNA polymerase activity is maximized is 8.0 or more.
配列番号2に記載のアミノ酸配列からなる鎖置換型DNAポリメラーゼは、実施例1〜3及び試験例1に示すように、608のアミノ酸からなり、配列番号1に記載のアミノ酸配列からなる鎖置換型DNAポリメラーゼと同様に、RCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が60〜75℃の範囲であり、70℃の温度においてもLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、70〜80℃の温度で5分間の熱処理後の鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が、未熱処理の場合の鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の80%以上の耐熱性を有し、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大となるpHが8.0以上である。 The strand displacement type DNA polymerase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is composed of 608 amino acids as shown in Examples 1 to 3 and Test Example 1, and is composed of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. Similar to the DNA polymerase, the temperature at which the strand displacement DNA polymerase activity by the RCA method is maximized is in the range of 60 to 75 ° C., and has the strand displacement DNA polymerase activity by the LAMP method even at a temperature of 70 ° C. The strand displacement DNA polymerase activity after heat treatment for 5 minutes at a temperature of -80 ° C has a heat resistance of 80% or more of the strand displacement DNA polymerase activity when not heat-treated, and the strand displacement DNA polymerase activity is the maximum The pH is 8.0 or more.
本発明の第1の態様の鎖置換型DNAポリメラーゼは、配列番号1又は2に記載のアミノ酸配列からなる鎖置換型DNAポリメラーゼに加えて、以下の鎖置換型DNAポリメラーゼを包含する。
(1)配列番号1又は2に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、かつRCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が60〜75℃の範囲である鎖置換型DNAポリメラーゼ。RCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が好ましくは60〜70℃の範囲である。
(2)配列番号1又は2に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、かつ70℃の温度においてもLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼ。好ましくは75℃の温度、より好ましくは80℃の温度においてもLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する。
(3)配列番号1又は2に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、70〜80℃の温度で5分間の熱処理後の鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が、未熱処理の場合のLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の80%以上の耐熱性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼ。好ましくは未熱処理の場合のLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の90%以上、より好ましくは95%以上の耐熱性を有する。
(4)RCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が60〜75℃の範囲である(3)に記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。RCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が好ましくは60〜70℃の範囲である。
(5)70℃の温度においてLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する(3)に記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。好ましくは75℃の温度、より好ましくは80℃の温度においてもLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する。
(6)鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大となるpHが8.0以上である塩基性での活性が高い(1)〜(5)のいずれかに記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。好ましくはpHが8.0〜10.0の範囲で鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大となる。
(7)上記(1)〜(6)の鎖置換型DNAポリメラーゼにおいては、配列番号1又は2に示したアミノ酸配列が、少なくとも生物学的に許容される一つ以上のアミノ酸置換、アミノ酸欠失、及び/又はアミノ酸挿入を含むことができ、好ましくは、1〜10個のアミノ酸置換、アミノ酸欠失、及び/又はアミノ酸挿入を含む。The strand displacement DNA polymerase according to the first aspect of the present invention includes the following strand displacement DNA polymerase in addition to the strand displacement DNA polymerase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2.
(1) It consists of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2, has strand displacement DNA polymerase activity, and has maximum strand displacement DNA polymerase activity by the RCA method A strand displacement DNA polymerase having a temperature in the range of 60 to 75 ° C. The temperature at which the strand displacement DNA polymerase activity is maximized by the RCA method is preferably in the range of 60 to 70 ° C.
(2) An amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2, has a strand displacement type DNA polymerase activity, and is a strand displacement type by LAMP method even at a temperature of 70 ° C. A strand displacement DNA polymerase having DNA polymerase activity. It preferably has strand displacement DNA polymerase activity by the LAMP method even at a temperature of 75 ° C., more preferably at a temperature of 80 ° C.
(3) It consists of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2, has strand displacement type DNA polymerase activity, and is subjected to heat treatment at a temperature of 70 to 80 ° C. for 5 minutes A strand displacement DNA polymerase having a heat resistance of 80% or more of the strand displacement DNA polymerase activity by the LAMP method when the strand displacement DNA polymerase activity is not heat-treated. Preferably, it has a heat resistance of 90% or more, more preferably 95% or more of the strand displacement type DNA polymerase activity by the LAMP method when not heat-treated.
(4) The strand displacement DNA polymerase according to (3), wherein the temperature at which the strand displacement DNA polymerase activity is maximized by the RCA method is in the range of 60 to 75 ° C. The temperature at which the strand displacement DNA polymerase activity is maximized by the RCA method is preferably in the range of 60 to 70 ° C.
(5) The strand displacement DNA polymerase according to (3), which has strand displacement DNA polymerase activity according to the LAMP method at a temperature of 70 ° C. It preferably has strand displacement DNA polymerase activity by the LAMP method even at a temperature of 75 ° C., more preferably at a temperature of 80 ° C.
(6) The strand displacement type DNA polymerase according to any one of (1) to (5), which has a high basic activity with a pH of 8.0 or more at which the strand displacement DNA polymerase activity is maximized. Preferably, the strand displacement type DNA polymerase activity is maximized in the pH range of 8.0 to 10.0.
(7) In the strand displacement type DNA polymerase of (1) to (6) above, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 is at least one biologically acceptable amino acid substitution or amino acid deletion , And / or amino acid insertions, preferably 1-10 amino acid substitutions, amino acid deletions, and / or amino acid insertions.
上記(1)〜(7)においては、配列番号1又は2に記載のアミノ酸配列と好ましく95%以上、より好ましくは96%以上、さらに好ましくは97%以上、さらにまた好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなることが、鎖置換型DNAポリメラーゼの高温で活性が高く、かつ鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の耐熱性が高く、塩基性での活性も高いという観点から適当である。 In the above (1) to (7), the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 is preferably 95% or more, more preferably 96% or more, still more preferably 97% or more, still more preferably 98% or more, Preferably, the amino acid sequence having an identity of 99% or more has high activity at high temperature of the strand displacement DNA polymerase, high heat resistance of the strand displacement DNA polymerase activity, and high basic activity. Appropriate from the viewpoint.
本発明の第2の態様の鎖置換型DNAポリメラーゼは、配列番号3に記載のアミノ酸配列からなる鎖置換型DNAポリメラーゼに加えて、以下の鎖置換型DNAポリメラーゼを包含する。
(8)配列番号3に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、かつRCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が45〜55℃の範囲である鎖置換型DNAポリメラーゼ。RCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が好ましくは50〜55℃の範囲である。
(9)配列番号3に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、かつ60℃の温度においてLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼ。
(10)配列番号3に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有し、55〜60℃の温度で5分間の熱処理後の鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が、未熱処理の場合のLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の80%以上の耐熱性を有する鎖置換型DNAポリメラーゼ。好ましくは未熱処理の場合のLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の90%以上、より好ましくは95%以上の耐熱性を有する。
(11)RCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が45〜55℃の範囲である(10)に記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。RCA法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大になる温度が好ましくは50〜55℃の範囲である。
(12)55℃の温度においてLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する(10)に記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。好ましくは60℃の温度においてもLAMP法による鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を有する。
(13)鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大となるpHが8.0以上である塩基性での活性が高い(8)〜(12)のいずれかに記載の鎖置換型DNAポリメラーゼ。好ましくはpHが8.0〜9.0の範囲で鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が最大となる。
(14)上記(8)〜(13)の鎖置換型DNAポリメラーゼにおいては、配列番号3に示したアミノ酸配列が、少なくとも生物学的に許容される一つ以上のアミノ酸置換、アミノ酸欠失、及び/又はアミノ酸挿入を含むことができ、好ましくは、1〜10個のアミノ酸置換、アミノ酸欠失、及び/又はアミノ酸挿入を含む。The strand displacement DNA polymerase according to the second aspect of the present invention includes the following strand displacement DNA polymerase in addition to the strand displacement DNA polymerase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3.
(8) A temperature consisting of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, having strand displacement DNA polymerase activity, and maximizing strand displacement DNA polymerase activity by the RCA method Is a strand displacement DNA polymerase having a temperature in the range of 45-55 ° C. The temperature at which the strand displacement type DNA polymerase activity by the RCA method is maximized is preferably in the range of 50 to 55 ° C.
(9) An amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, has strand displacement DNA polymerase activity, and strand displacement DNA polymerase activity by the LAMP method at a temperature of 60 ° C A strand displacement DNA polymerase.
(10) A strand displacement comprising an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, having strand displacement type DNA polymerase activity, and after heat treatment at a temperature of 55-60 ° C for 5 minutes A strand displacement type DNA polymerase having a heat resistance of 80% or more of the strand displacement type DNA polymerase activity by the LAMP method when the type DNA polymerase activity is not heat-treated. Preferably, it has a heat resistance of 90% or more, more preferably 95% or more of the strand displacement type DNA polymerase activity by the LAMP method when not heat-treated.
(11) The strand displacement DNA polymerase according to (10), wherein the temperature at which the strand displacement DNA polymerase activity is maximized by the RCA method is in the range of 45 to 55 ° C. The temperature at which the strand displacement type DNA polymerase activity by the RCA method is maximized is preferably in the range of 50 to 55 ° C.
(12) The strand displacement DNA polymerase according to (10), which has strand displacement DNA polymerase activity by a LAMP method at a temperature of 55 ° C. Preferably, it has strand displacement DNA polymerase activity by the LAMP method even at a temperature of 60 ° C.
(13) The strand displacement type DNA polymerase according to any one of (8) to (12), which has a high basic activity with a pH of 8.0 or more at which the strand displacement DNA polymerase activity is maximized. Preferably, the strand displacement DNA polymerase activity is maximized when the pH is in the range of 8.0 to 9.0.
(14) In the strand displacement type DNA polymerase of (8) to (13) above, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 is at least one biologically acceptable amino acid substitution, amino acid deletion, and An amino acid insertion can be included, and preferably includes 1 to 10 amino acid substitutions, amino acid deletions, and / or amino acid insertions.
上記(8)〜(14)においては、配列番号3に記載のアミノ酸配列と好ましく95%以上、より好ましくは96%以上、さらに好ましくは97%以上、さらにまた好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなることが、鎖置換型DNAポリメラーゼの高温で活性が高く、かつ鎖置換型DNAポリメラーゼ活性の耐熱性が高く、塩基性での活性も高いという観点から適当である。 In the above (8) to (14), it is preferably 95% or more, more preferably 96% or more, more preferably 97% or more, still more preferably 98% or more, most preferably the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3. From the viewpoint of comprising an amino acid sequence having 99% or more identity, the strand displacement type DNA polymerase has high activity at high temperature, the heat resistance of the strand displacement type DNA polymerase activity is high, and the basic activity is also high. Is appropriate.
本発明の鎖置換型DNAポリメラーゼは、鎖置換型DNAポリメラーゼ活性が適用される様々な核酸合成に用いることができ、好ましくはLAMP(Loop-mediated isothermal amplification)法における核酸合成に用いられる。 The strand displacement type DNA polymerase of the present invention can be used for various nucleic acid synthesis to which the strand displacement type DNA polymerase activity is applied, and is preferably used for nucleic acid synthesis in a LAMP (Loop-mediated isothermal amplification) method.
本発明は、上記本発明の鎖置換型DNAポリメラーゼをコードする遺伝子を包含する。本発明の遺伝子の代表例を配列番号4〜6に示す。 The present invention includes a gene encoding the strand displacement DNA polymerase of the present invention. Representative examples of the gene of the present invention are shown in SEQ ID NOs: 4-6.
本発明の鎖置換型DNAポリメラーゼの取得方法は特に制限されず、化学合成により合成したタンパク質でもよいし、遺伝子組み換え技術により作製した組み換えタンパク質でもよい。組み換えタンパク質を作製する場合には、後述するように当該タンパク質をコードする遺伝子(DNA)を取得する。このDNAを適当な発現系に導入することにより、本発明のタンパク質(鎖置換型DNAポリメラーゼ)を産生することができる。 The method for obtaining the strand displacement type DNA polymerase of the present invention is not particularly limited, and may be a protein synthesized by chemical synthesis or a recombinant protein produced by a gene recombination technique. When producing a recombinant protein, a gene (DNA) encoding the protein is obtained as described later. By introducing this DNA into an appropriate expression system, the protein of the present invention (strand displacement DNA polymerase) can be produced.
本発明の鎖置換型DNAポリメラーゼは、上記本発明の鎖置換型DNAポリメラーゼをコードする遺伝子をベクター上に搭載し、このベクターによって宿主細胞を形質転換した後、形質転換させた宿主細胞を培養して培養物中に前記遺伝子がコードするDNAポリメラーゼを蓄積し、蓄積したDNAポリメラーゼを収集することを含む、生産方法により調製することができる。 The strand-displacing DNA polymerase of the present invention has a gene encoding the strand-displacing DNA polymerase of the present invention mounted on a vector, transforms the host cell with this vector, and then cultures the transformed host cell. The DNA polymerase encoded by the gene can be accumulated in the culture, and the accumulated DNA polymerase can be collected by a production method.
本発明の鎖置換型DNAポリメラーゼをコードする遺伝子の取得方法は特に限定されない。本発明の鎖置換型DNAポリメラーゼをコードする遺伝子は、例えば、配列番号1〜3に記載のアミノ酸配列および配列番号4〜6に記載した塩基配列の情報に基づいて、化学合成、遺伝子工学的手法又は突然変異誘発などの当業者に既知の任意の方法で作製することができる。 The method for obtaining a gene encoding the strand displacement DNA polymerase of the present invention is not particularly limited. The gene encoding the strand-displacing DNA polymerase of the present invention can be obtained by, for example, chemical synthesis or genetic engineering techniques based on the amino acid sequence described in SEQ ID NOs: 1 to 3 and the base sequence information described in SEQ ID NOs: 4-6. Alternatively, it can be produced by any method known to those skilled in the art, such as mutagenesis.
例えば、配列表の配列番号4〜6に記載の塩基配列を有するDNAに対し、変異原となる薬剤と接触作用させる方法、紫外線を照射する方法、遺伝子工学的手法等を用いて行うことができる。遺伝子工学的手法の一つである部位特異的変異誘発法は特定の位置に特定の変異を導入できる手法であることから有用であり、Molecular Cloning: A laboratory Mannual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY.,1989(以下、モレキュラークローニング第2版と略す)、Current Protocols in Molecular Biology, Supplement 1〜38, John Wiley & Sons(1987-1997)(以下、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジーと略す)等に記載の方法に準じて行うことができる。For example, it can be carried out by using a method of contacting a DNA having the base sequence described in SEQ ID NOs: 4 to 6 with a drug as a mutagen, a method of irradiating with ultraviolet rays, a genetic engineering method, etc. . Site-directed mutagenesis method which is one of genetic engineering technique is useful because it is a method capable of introducing a specific mutation into a specific position, Molecular Cloning:. A laboratory Mannual , 2 nd Ed, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY., 1989 (hereinafter abbreviated as Molecular Cloning 2nd Edition), Current Protocols in Molecular Biology, Supplement 1-38, John Wiley & Sons (1987-1997) (hereinafter, Current Protocols (Abbreviated as in-molecular biology) and the like.
本明細書中の配列表の配列番号1または2に記載したアミノ酸配列または配列番号4または5に示す塩基配列の情報に基づいて適当なブローブやプライマーを調製し、それらを用いてCaldothrix satsumae YMO81のcDNAライブラリーをスクリーニングすることにより本発明の遺伝子を単離することができる。cDNAライブラリーは、Caldothrix satsumae YMO81から常法により作製することができる。 Appropriate probes and primers are prepared based on the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 in the sequence listing in this specification or the information of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 or 5, and using them, Caldothrix satsumae YMO81 The gene of the present invention can be isolated by screening a cDNA library. A cDNA library can be prepared from Caldothrix satsumae YMO81 by a conventional method.
PCR法により本発明の鎖置換型DNAポリメラーゼをコードする遺伝子を取得することもできる。上記Caldothrix satsumae YMO81のcDNAライブラリーを鋳型として使用し、配列番号4または5に記載した塩基配列を増幅できるように設計した1対のプライマーを用いてPCRを行う。PCRの反応条件は適宜設定することができ、例えば、94℃で30秒間(変性)、55℃で30秒〜1分間(アニーリング)、72℃で2分間(伸長)からなる反応工程を1サイクルとして、例えば30サイクル行った後、72℃で7分間反応させる条件などを挙げることができる。次いで、増幅されたDNA断片を、大腸菌等の宿主で増幅可能な適切なベクター中にクローニングすることができる。 A gene encoding the strand displacement type DNA polymerase of the present invention can also be obtained by PCR. Using the above Caldothrix satsumae YMO81 cDNA library as a template, PCR is performed using a pair of primers designed to amplify the base sequence described in SEQ ID NO: 4 or 5. PCR reaction conditions can be set as appropriate. For example, one cycle of a reaction step consisting of 94 ° C. for 30 seconds (denaturation), 55 ° C. for 30 seconds to 1 minute (annealing), and 72 ° C. for 2 minutes (extension) For example, after 30 cycles, a condition of reacting at 72 ° C. for 7 minutes can be exemplified. The amplified DNA fragment can then be cloned into a suitable vector that can be amplified in a host such as E. coli.
上記したプローブ又はプライマーの調製、cDNAライブラリーの構築、cDNAライブラリーのスクリーニング、並びに目的遺伝子のクローニングなどの操作は当業者に既知であり、例えば、モレキュラークローニング第2版、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー等に記載の方法に準じて行うことができる。 The above-described procedures such as probe or primer preparation, cDNA library construction, cDNA library screening, and target gene cloning are known to those skilled in the art. For example, Molecular Cloning 2nd Edition, Current Protocols In -It can be performed according to the method described in Molecular Biology etc.
本発明の遺伝子は適当なベクター中に挿入して使用することができる。本発明で用いるベクターの種類は特に限定されず、例えば、自立的に複製するベクター(例えばプラスミド等)でもよいし、あるいは、宿主細胞に導入された際に宿主細胞のゲノムに組み込まれ、組み込まれた染色体と共に複製されるものであってもよい。好ましくは、本発明で用いるベクターは発現ベクターである。発現ベクターにおいて本発明の遺伝子は、転写に必要な要素(例えば、プロモーター等)が機能的に連結されている。プロモータは宿主細胞において転写活性を示すDNA配列であり、宿主の種類に応じて適宜選択することができる。 The gene of the present invention can be used by inserting it into an appropriate vector. The type of vector used in the present invention is not particularly limited. For example, the vector may be a self-replicating vector (for example, a plasmid), or may be integrated into the host cell genome when introduced into the host cell. It may be replicated together with other chromosomes. Preferably, the vector used in the present invention is an expression vector. In the expression vector, the gene of the present invention is functionally linked to elements necessary for transcription (for example, a promoter and the like). A promoter is a DNA sequence that exhibits transcriptional activity in a host cell, and can be appropriately selected depending on the type of host.
細菌細胞で作動可能なプロモータとしては、バチルス・ステアロテルモフィルス・マルトジェニック・アミラーゼ遺伝子(Geobacillus stearothermophilus maltogenic amylase gene)、バチルス・リケニホルミスαアミラーゼ遺伝子(Bacillus licheniformis alpha-amylase gene)、バチルス・アミロリケファチエンス・BANアミラーゼ遺伝子(Bacillus amyloliquefaciens BAN amylase gene)、バチルス・サブチリス・アルカリプロテアーゼ遺伝子(Bacillus Subtilis alkaline protease gene)もしくはバチルス・プミルス・キシロシダーゼ遺伝子(Bacillus pumilus xylosldase gene)のプロモータ、またはファージ・ラムダのPR若しくはPLプロモータ、大腸菌のlac、trp若しくはtacプロモータなどが挙げられる。Promoters that can operate in bacterial cells include the Bacillus stearothermophilus maltogenic amylase gene, the Bacillus licheniformis alpha-amylase gene, and the Bacillus amyloliquefati. Enns-BAN amylase gene (Bacillus amyloliquefaciens BAN amylase gene), Bacillus subtilis alkaline protease gene (Bacillus subtilis alkaline protease gene) or promoters of the Bacillus pumilus-xylosidase gene (Bacillus pumilus xylosldase gene) or phage lambda, P R or P L promoters, lac of E.coli, such as trp or tac promoter and the like.
哺乳動物細胞で作動可能なプロモータの例としては、SV40プロモータ、MT−1(メタロチオネイン遺伝子)プロモータ、またはアデノウイルス2主後期プロモータなどがある。昆虫細胞で作動可能なプロモータの例としては、ポリヘドリンプロモータ、P10プロモータ、オートグラファ・カリホルニカ・ポリヘドロシス塩基性タンパクプロモータ、バキュウロウイルス即時型初期遺伝子1プロモータ、またはバキュウロウイルス39K遅延型初期遺伝子プロモータ等がある。酵母宿主細胞で作動可能なプロモータの例としては、酵母解糖系遺伝子由来のプロモータ、アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子プロモータ、TPI1プロモータ、ADH2-4cプロモータなどが挙げられる。糸状菌細胞で作動可能なプロモータの例としては、ADH3プロモータまたはtpiAプロモータなどがある。 Examples of promoters that can operate in mammalian cells include the SV40 promoter, the MT-1 (metallothionein gene) promoter, or the adenovirus 2 major late promoter. Examples of promoters operable in insect cells include polyhedrin promoter, P10 promoter, autographa caliornica polyhedrosic basic protein promoter, baculovirus immediate early gene 1 promoter, or baculovirus 39K delayed early gene. There are promoters. Examples of a promoter operable in a yeast host cell include a promoter derived from a yeast glycolytic gene, an alcohol dehydrogenase gene promoter, a TPI1 promoter, an ADH2-4c promoter, and the like. Examples of promoters that can operate in filamentous fungal cells include the ADH3 promoter or the tpiA promoter.
また、本発明の遺伝子は必要に応じて、適切なターミネータに機能的に結合されてもよい。本発明の遺伝子を含む組み換えベクターは更に、ポリアデニレーションシグナル(例えばSV40またはアデノウイルス5E1b領域由来のもの)、転写エンハンサ配列(例えばSV40エンハンサ)などの要素を有していてもよい。本発明の遺伝子を含む組み換えベクターは更に、該ベクターが宿主細胞内で複製することを可能にするDNA配列を具備してもよく、その一例としてはSV40複製起点(宿主細胞が哺乳類細胞のとき)が挙げられる。 Moreover, the gene of the present invention may be operably linked to an appropriate terminator as necessary. The recombinant vector containing the gene of the present invention may further have elements such as a polyadenylation signal (for example, derived from SV40 or adenovirus 5E1b region), a transcription enhancer sequence (for example, SV40 enhancer) and the like. The recombinant vector containing the gene of the present invention may further comprise a DNA sequence that allows the vector to replicate in the host cell, an example of which is the SV40 origin of replication (when the host cell is a mammalian cell). Is mentioned.
本発明の遺伝子を含む組み換えベクターはさらに選択マーカーを含有してもよい。選択マーカーとしては、例えば、ジヒドロ葉酸レダクターゼ(DHFR)またはシゾサッカロマイセス・ポンベTPI遺伝子等のようなその補体が宿主細胞に欠けている遺伝子、または例えばアンピシリン、カナマイシン、テトラサイクリン、クロラムフェニコール、ネオマイシン若しくはヒグロマイシンのような薬剤耐性遺伝子を挙げることができる。本発明の遺伝子、プロモータ、および所望によりターミネータおよび/または分泌シグナル配列をそれぞれ連結し、これらを適切なベクターに挿入する方法は当業者に周知である。 The recombinant vector containing the gene of the present invention may further contain a selection marker. Selectable markers include, for example, genes whose complement is lacking in host cells such as dihydrofolate reductase (DHFR) or Schizosaccharomyces pombe TPI gene, or ampicillin, kanamycin, tetracycline, chloramphenicol, Mention may be made of drug resistance genes such as neomycin or hygromycin. Methods for ligating the gene, promoter, and optionally terminator and / or secretory signal sequence of the present invention and inserting them into an appropriate vector are well known to those skilled in the art.
本発明の遺伝子を含む組み換えベクターを適当な宿主に導入することによって形質転換体を作製することができる。本発明の遺伝子を含む組み換えベクターを導入される宿主細胞は、本発明の遺伝子を発現できれば任意の細胞でよく、細菌、酵母、真菌および高等真核細胞等が挙げられる。 A transformant can be prepared by introducing a recombinant vector containing the gene of the present invention into an appropriate host. The host cell into which the recombinant vector containing the gene of the present invention is introduced may be any cell as long as it can express the gene of the present invention, and examples thereof include bacteria, yeast, fungi and higher eukaryotic cells.
細菌細胞の例としては、バチルスまたはストレプトマイセス等のグラム陽性菌又は大腸菌等のグラム陰性菌が挙げられる。これら細菌の形質転換は、プロトプラスト法、または公知の方法でコンピテント細胞を用いることにより行えばよい。哺乳類細胞の例としては、HEK293細胞、HeLa細胞、COS細胞、BHK細胞、CHL細胞またはCHO細胞等が挙げられる。哺乳類細胞を形質転換し、該細胞に導入されたDNA配列を発現させる方法も公知であり、例えば、エレクトロポーレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等を用いることができる。 Examples of bacterial cells include Gram positive bacteria such as Bacillus or Streptomyces or Gram negative bacteria such as E. coli. Transformation of these bacteria may be performed by using competent cells by a protoplast method or a known method. Examples of mammalian cells include HEK293 cells, HeLa cells, COS cells, BHK cells, CHL cells, or CHO cells. Methods for transforming mammalian cells and expressing DNA sequences introduced into the cells are also known, and for example, electroporation method, calcium phosphate method, lipofection method and the like can be used.
酵母細胞の例としては、サッカロマイセスまたはシゾサッカロマイセスに属する細胞が挙げられ、例えば、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevis1ae)またはサッカロマイセス・クルイベリ(Saccharomyces kluyveri)等が挙げられる。酵母宿主への組み換えベクターの導入方法としては、例えば、エレクトロポレーション法、スフェロブラスト法、酢酸リチウム法等を挙げることができる。 Examples of yeast cells include cells belonging to Saccharomyces or Schizosaccharomyces, such as Saccharomyces cerevis 1ae or Saccharomyces kluyveri. Examples of the method for introducing a recombinant vector into a yeast host include an electroporation method, a spheroblast method, and a lithium acetate method.
他の真菌細胞の例は、糸状菌、例えばアスペルギルス、ニューロスポラ、フザリウム、またはトリコデルマに属する細胞である。宿主細胞として糸状菌を用いる場合、DNA構築物を宿主染色体に組み込んで組換え宿主細胞を得ることにより形質転換を行うことができる。DNA構築物の宿主染色体への組み込みは、公知の方法に従い、例えば相同組換えまたは異種組換えにより行うことができる。 Examples of other fungal cells are cells belonging to filamentous fungi such as Aspergillus, Neurospora, Fusarium, or Trichoderma. When filamentous fungi are used as host cells, transformation can be performed by integrating the DNA construct into the host chromosome to obtain a recombinant host cell. Integration of the DNA construct into the host chromosome can be performed according to known methods, for example, by homologous recombination or heterologous recombination.
昆虫細胞を宿主として用いる場合には、組換え遺伝子導入ベクターおよびバキュロウイルスを昆虫細胞に共導入して昆虫細胞培養上清中に組換えウイルスを得た後、さらに組換えウイルスを昆虫細胞に感染させ、タンパク質を発現させることができる(例えば、Baculovirus Expression Vectors, A Laboratory Manua1;及びカレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー、Bio/Technology, 6, 47(1988)等に記載)。 When insect cells are used as the host, the recombinant gene transfer vector and baculovirus are co-introduced into the insect cells to obtain the recombinant virus in the insect cell culture supernatant, and then the recombinant virus is further infected with the insect cells. And protein can be expressed (for example, as described in Baculovirus Expression Vectors, A Laboratory Manua1; and Current Protocols in Molecular Biology, Bio / Technology, 6, 47 (1988), etc.).
バキュロウイルスとしては、例えば、ヨトウガ科昆虫に感染するウイルスであるアウトグラファ・カリフォルニカ・ヌクレアー・ポリヘドロシス・ウイルス(Autographa californica nuclear polyhedrosis virus)等を用いることができる。
昆虫細胞としては、Spodoptera frugiperdaの卵巣細胞であるSf9、Sf21〔バキュロウイルス・エクスプレッション・ベクターズ、ア・ラボラトリー・マニュアル、ダブリュー・エイチ・フリーマン・アンド・カンパニー(W. H. Freeman and Company)、ニューヨーク(New York)、(1992)〕、Trichoplusia niの卵巣細胞であるHiFive(インビトロジェン社製)等を用いることができる。
組換えウイルスを調製するための、昆虫細胞への組換え遺伝子導入ベクターと上記バキュロウイルスの共導入方法としては、例えば、リン酸カルシウム法又はリポフェクション法等を挙げることができる。As the baculovirus, for example, Autographa californica nuclear polyhedrosis virus, which is a virus that infects Coleoptera insects, can be used.
Insect cells include Sf9, Sf21 [Baculovirus Expression Vectors, A Laboratory Manual, WH Freeman and Company, New York, Spodoptera frugiperda ovarian cells. (1992)], HiFive (manufactured by Invitrogen), which is an ovarian cell of Trichoplusia ni, can be used.
Examples of the method for co-introducing a recombinant gene introduction vector into insect cells and the baculovirus for preparing a recombinant virus include the calcium phosphate method and the lipofection method.
上記の形質転換体は、導入された遺伝子の発現を可能にする条件下で適切な栄養培地中で培養する。形質転換体の培養物から、本発明のタンパク質を単離精製するには、通常のタンパク質の単離、精製法を用いればよい。例えば、本発明のタンパク質が、細胞内に溶解状態で発現した場合には、培養終了後、細胞を遠心分離により回収し水系緩衝液に懸濁後、超音波破砕機等により細胞を破砕し、無細胞抽出液を得る。該無細胞抽出液を遠心分離することにより得られた上清から、通常のタンパク質の単離精製法、即ち、溶媒抽出法、硫安等による塩析法、脱塩法、有機溶媒による沈殿法、ジエチルアミノエチル(DEAE)セファロース等のレジンを用いた陰イオン交換クロマトグラフィー法、S-Sepharose FF(ファルマシア社製)等のレジンを用いた陽イオン交換クロマトグラフィー法、ブチルセファロース、フェニルセファロース等のレジンを用いた疎水性クロマトグラフィー法、分子篩を用いたゲルろ過法、アフィニティークロマトグラフィ一法、クロマトフォーカシング法、等電点電気泳動等の電気泳動法等の手法を単独あるいは組み合わせて用い、本発明の鎖置換型DNAポリメラーゼを精製標品として得ることができる。 The transformant is cultured in an appropriate nutrient medium under conditions that allow expression of the introduced gene. In order to isolate and purify the protein of the present invention from the culture of the transformant, ordinary protein isolation and purification methods may be used. For example, when the protein of the present invention is expressed in a dissolved state in the cell, after the culture is completed, the cell is collected by centrifugation, suspended in an aqueous buffer, and then disrupted by an ultrasonic crusher or the like. A cell-free extract is obtained. From the supernatant obtained by centrifuging the cell-free extract, an ordinary protein isolation and purification method, that is, a solvent extraction method, a salting-out method using ammonium sulfate, a desalting method, a precipitation method using an organic solvent, Anion exchange chromatography using a resin such as diethylaminoethyl (DEAE) Sepharose, cation exchange chromatography using a resin such as S-Sepharose FF (Pharmacia), resin such as butyl sepharose and phenyl sepharose Using the hydrophobic chromatography method used, gel filtration method using molecular sieve, affinity chromatography method, chromatofocusing method, electrophoresis method such as isoelectric focusing etc. alone or in combination, the strand displacement of the present invention Type DNA polymerase can be obtained as a purified preparation.
上記組換えタンパク質の発現には大腸菌の組換えタンパク質発現ベクターを利用でき、大腸菌の組換えタンパク質発現ベクターを利用する場合、リーダー配列との共発現を利用したExpression Vector pLEAD5 DNA (ニッポンジーン社製) [特許文献5]を用いることが、GC或いはAT含有率に偏りがある異種遺伝子を大腸菌で発現させるのに最適化されたベクターであるという観点から好ましい。一般的に、好熱菌や放線菌に由来するGC含有率の高い遺伝子は大腸菌で発現させることが困難である場合が多く、その原因は翻訳効率の低さにあると考えられている。Expression Vector pLEAD5は、GC含有率の高い遺伝子からのタンパク質発現効率が良い発現用ベクターのスクリーニングの結果に基づいて構築されており、AT含有率の高い遺伝子の発現に対しても有効であることが示されている。 E. coli recombinant protein expression vector can be used for expression of the above recombinant protein. When using E. coli recombinant protein expression vector, Expression Vector pLEAD5 DNA (manufactured by Nippon Gene) using co-expression with leader sequence [ The use of Patent Document 5] is preferable from the viewpoint of a vector optimized for expressing a heterologous gene with a biased GC or AT content in E. coli. In general, genes with high GC content derived from thermophiles and actinomycetes are often difficult to express in E. coli, and the cause is thought to be due to low translation efficiency. Expression Vector pLEAD5 is constructed based on the results of screening an expression vector with high protein expression efficiency from a gene with a high GC content, and should be effective for the expression of genes with a high AT content. It is shown.
以下の実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.
実施例1
[Caldothrix satsumae YMO81由来のDNAポリメラーゼIのクローニング]
DNAポリメラーゼIにおいて、異種生物間において特に保存性の高いDNAポリメラーゼドメインのアミノ酸配列から縮重プライマーを設計し、既に取得済みであるCaldothrix satsumae YMO81ゲノムDNAを鋳型DNAとしたPCR法により、遺伝子の一部を取得した[非特許文献3(Sommer, R., Tautz, D. Nucleic Acids Research, 17: 6749 (1989))]。得られたDNA断片の配列はサンガー法により解析し、DNAポリメラーゼIとの相同性を確認した。Example 1
[Cloning of DNA polymerase I from Caldothrix satsumae YMO81]
In DNA polymerase I, a degenerate primer is designed from the amino acid sequence of a DNA polymerase domain that is highly conserved among different organisms, and a gene is obtained by PCR using the already obtained Caldothrix satsumae YMO81 genomic DNA as a template DNA. [Non-patent Document 3 (Sommer, R., Tautz, D. Nucleic Acids Research, 17: 6749 (1989))]. The sequence of the obtained DNA fragment was analyzed by the Sanger method, and homology with DNA polymerase I was confirmed.
次にCaldothrix satsumae YMO81ゲノムDNAを任意の制限酵素で消化し、DNA断片をセルフライゲーションにより環状化した。これを鋳型DNAとしたinverse PCR法により、得られたDNA断片の前後の配列を順次単離した [非特許文献4(Collins, F. S., and Weissman, S. M. Proc Natl Acad Sci USA. 81: 6812 (1984))、非特許文献5(Triglia, T., Peterson, M. G., and Kemp, D. J. Nucleic Acids Reseach, 16: 8186 (1988))、非特許文献6(Xu, S. Y., Xiao, J. P., Posfai, J., Maunus, R. E., Benner, J. S. Nucleic Acids Research, 25: 3991 (1988))]。このinverse PCR法を繰り返すことにより、DNAポリメラーゼI遺伝子の全長を単離し、配列を決定した。 Next, Caldothrix satsumae YMO81 genomic DNA was digested with an arbitrary restriction enzyme, and the DNA fragment was circularized by self-ligation. The sequence before and after the obtained DNA fragment was sequentially isolated by the inverse PCR method using this as a template DNA [Non-patent Document 4 (Collins, FS, and Weissman, SM Proc Natl Acad Sci USA. 81: 6812 (1984 )), Non-Patent Document 5 (Triglia, T., Peterson, MG, and Kemp, DJ Nucleic Acids Reseach, 16: 8186 (1988)), Non-Patent Document 6 (Xu, SY, Xiao, JP, Posfai, J.). , Maunus, RE, Benner, JS Nucleic Acids Research, 25: 3991 (1988))]. By repeating this inverse PCR method, the full length of the DNA polymerase I gene was isolated and sequenced.
単離したDNAポリメラーゼI遺伝子と予想される配列は2,673 bpであり、890アミノ酸から構成されるタンパク質をコードすると推定された。得られたアミノ酸配列とGeobacillus stearothermophilus由来のDNAポリメラーゼI(GenBank Accession No. AAB52611)のアミノ酸配列(配列番号23)との比較を図1に示し、5'-3'エキソヌクレアーゼドメインと推定されるドメインを除去して得られたアミノ酸配列とGeobacillus stearothermophilus由来のDNAポリメラーゼI(GenBank Accession No. AAB52611)とのアミノ酸配列(配列番号23)との比較を図2に示した。 The predicted sequence of the isolated DNA polymerase I gene is 2,673 bp, and is estimated to encode a protein composed of 890 amino acids. A comparison between the obtained amino acid sequence and the amino acid sequence (SEQ ID NO: 23) of Geobacillus stearothermophilus-derived DNA polymerase I (GenBank Accession No. AAB52611) is shown in FIG. 1, and the domain presumed to be a 5′-3 ′ exonuclease domain FIG. 2 shows a comparison between the amino acid sequence obtained by removing E. coli and the amino acid sequence (SEQ ID NO: 23) of DNA polymerase I (GenBank Accession No. AAB52611) derived from Geobacillus stearothermophilus.
推定アミノ酸配列の比較において、Caldothrix satsumae YMO81由来のDNAポリメラーゼIとDNA Geobacillus stearothermophilus由来のDNAポリメラーゼIのアミノ酸レベルにおける相同性は58%であった。 In comparison of deduced amino acid sequences, the homology at the amino acid level between DNA polymerase I derived from Caldothrix satsumae YMO81 and DNA polymerase I derived from DNA Geobacillus stearothermophilus was 58%.
実施例2
[Caldothrix satsumae YMO81由来のDNAポリメラーゼ発現ベクターの構築]
Caldothrix satsumae YMO81由来のDNAポリメラーゼ遺伝子の全長に相当する、890アミノ酸残基、2,670 bpの遺伝子をタンパク質発現ベクターExpression Vector pLEAD5 DNAに導入するためにPCRプライマー(fYMO81_N: 5'-GTG ATG GAG AAG CTG GTC CT-3'、tYMO81_C_SacI: 5'-GCT GAG CTC TAT TTC GCG TCG TAC CAC-3') を設計した。なお、設計されたプライマー(fYMO81_N、tYMO81_C_SacI)の塩基配列は、配列番号7、8に示した。Example 2
[Construction of a DNA polymerase expression vector derived from Caldothrix satsumae YMO81]
PCR primer (fYMO81_N: 5'-GTG ATG GAG AAG CTG GTC) for introducing a 890 amino acid residue, 2,670 bp gene corresponding to the full length of the DNA polymerase gene from Caldothrix satsumae YMO81 into the protein expression vector Expression Vector pLEAD5 DNA CT-3 ', tYMO81_C_SacI: 5'-GCT GAG CTC TAT TTC GCG TCG TAC CAC-3') was designed. The base sequences of the designed primers (fYMO81_N, tYMO81_C_SacI) are shown in SEQ ID NOs: 7 and 8.
図4は、Caldothrix satsumae YMO81由来のDNAポリメラーゼの大腸菌での発現を示すアクリルアミドゲル電気泳動写真である。図4において、レーン2はクローン化したDNAポリメラーゼの全長遺伝子からの組換えタンパク質の発現を確認したものである。最初に、94℃にて2分間の熱処理を行った後、94℃に15秒間、55℃に30秒間、68℃に3分間を1サイクルとして合計35サイクルを行うPCR法により目的のDNA断片を増幅した。なお、PCR法による増幅が困難である領域を含むため、5%ホルムアミド存在下でのPCR法により、DNA断片を取得した。DNA断片の5’末端はT4ポリヌクレオチドキナーゼによりリン酸化し、一方の末端をさらにSacIにより消化した後、目的のDNA断片のみをアガロースゲルより切り出して、Expression Vector pLEAD5 DNA, pre-digested(株式会社ニッポンジーン)に連結した。このDNAにより大腸菌JM109を形質転換し、形質転換体におけるタンパク質の発現を確認したところ、約113 kDaの予想分子量の組換え型のタンパク質が発現していることが確認された(図4、レーン2)。このタンパク質をコードする890アミノ酸の配列を後述する配列番号1に示した。 FIG. 4 is an acrylamide gel electrophoresis photograph showing expression in Escherichia coli of a DNA polymerase derived from Caldothrix satsumae YMO81. In FIG. 4, Lane 2 confirms the expression of the recombinant protein from the full length gene of the cloned DNA polymerase. First, after heat treatment at 94 ° C for 2 minutes, the target DNA fragment is obtained by PCR method, which is 35 cycles of 94 ° C for 15 seconds, 55 ° C for 30 seconds and 68 ° C for 3 minutes. Amplified. Since a region that is difficult to amplify by PCR was included, a DNA fragment was obtained by PCR in the presence of 5% formamide. The 5 ′ end of the DNA fragment was phosphorylated with T4 polynucleotide kinase, and one end was further digested with SacI. Then, only the target DNA fragment was excised from an agarose gel, and Expression Vector pLEAD5 DNA, pre-digested (Inc. Nippon Gene). When E. coli JM109 was transformed with this DNA and the expression of the protein in the transformant was confirmed, it was confirmed that a recombinant protein having an expected molecular weight of about 113 kDa was expressed (FIG. 4, lane 2). ). The sequence of 890 amino acids encoding this protein is shown in SEQ ID NO: 1 described later.
また、レーン5は5'-3'エキソヌクレアーゼドメインを除去したDNAポリメラーゼの発現を確認したものである。即ち、5'-3'エキソヌクレアーゼドメインを除去するため、284番目のアミノ酸をロイシンからメチオニンに置き換えた、608アミノ酸残基、1,824 bpの遺伝子を導入するためにPCRプライマー (tYMO81_N: 5'-GTG ATG CCC CAT GTG CCG-3'、tYMO81_C_SacI)を設計し、94℃にて2分間の熱処理を行った後、94℃に15秒間、55℃に30秒間、68℃に2分間を1サイクルとして合計35サイクルを行うPCR法により目的のDNA断片を増幅した。DNA断片の5’末端はT4ポリヌクレオチドキナーゼによりリン酸化し、一方の末端をさらにSacIにより消化した後、目的のDNA断片のみをアガロースゲルより切り出して、Expression Vector pLEAD5 DNA, pre-digested (株式会社ニッポンジーン)に連結した。なお、設計されたプライマー(tYMO81_N)の塩基配列は、配列番号9に示した。このDNAにより大腸菌 JM109を形質転換し、形質転換体の発現を確認したところ、約77 kDaの予想分子量の組換え型のタンパク質が発現していることが確認された (図4、レーン5)。このタンパク質をコードする608アミノ酸の配列を後述する配列番号2に示した。 Lane 5 confirms the expression of DNA polymerase from which the 5′-3 ′ exonuclease domain has been removed. That is, to remove the 5'-3 'exonuclease domain, the PCR primer (tYMO81_N: 5'-GTG) was used to introduce a gene of 608 amino acid residues and 1,824 bp in which the 284th amino acid was replaced by methionine. ATG CCC CAT GTG CCG-3 ', tYMO81_C_SacI) was designed, heat-treated at 94 ° C for 2 minutes, then totaled for 94 seconds for 15 seconds, 55 ° C for 30 seconds, and 68 ° C for 2 minutes The DNA fragment of interest was amplified by PCR using 35 cycles. The 5 ′ end of the DNA fragment was phosphorylated with T4 polynucleotide kinase, and one end was further digested with SacI. Then, only the target DNA fragment was excised from an agarose gel, and Expression Vector pLEAD5 DNA, pre-digested (Inc. Nippon Gene). The base sequence of the designed primer (tYMO81_N) is shown in SEQ ID NO: 9. When E. coli JM109 was transformed with this DNA and the expression of the transformant was confirmed, it was confirmed that a recombinant protein having an expected molecular weight of about 77 kDa was expressed (FIG. 4, lane 5). The sequence of 608 amino acids encoding this protein is shown in SEQ ID NO: 2 described later.
これらの約113 kDa(fYMO81 DNAポリメラーゼと呼称する)と約77 kDa(tYMO81 DNAポリメラーゼと呼称する)のタンパク質を精製し、RCA(Rolling Circle Amplification)法によりDNAポリメラーゼ活性を調べた。鋳型として、大腸菌ファージ由来の環状型一本鎖DNAを用い、このDNAにプライマーを添加して、DNAポリメラーゼ活性と鎖置換活性の有無を検証した。酵素のコントロールとしては、Geobacillus stearothermophilus由来の5'-3'エキソヌクレアーゼ欠損型DNA ポリメラーゼを用いた(Bst DNA Polymerase, Large Fragment; New England Biolabs社製)。 These proteins of about 113 kDa (referred to as fYMO81 DNA polymerase) and about 77 kDa (referred to as tYMO81 DNA polymerase) were purified, and the DNA polymerase activity was examined by the RCA (Rolling Circle Amplification) method. A circular single-stranded DNA derived from Escherichia coli phage was used as a template, and primers were added to this DNA to verify the presence or absence of DNA polymerase activity and strand displacement activity. As the enzyme control, 5'-3 'exonuclease-deficient DNA polymerase derived from Geobacillus stearothermophilus was used (Bst DNA Polymerase, Large Fragment; New England Biolabs).
具体的には、M13mp18 single strand DNA 20 ng、Universal primer(5'-GTT TTC CCA GTC ACG ACG TTG TA-3') 50 nM、0.25 mM each dNTPs、20 mM Tris-HCl(pH 8.8 at 25℃)、10 mM KCl、10 mM (NH4)2SO4、2 mM MgSO4、0.1% Tween 20、及びDNAポリメラーゼを含んだ全量20 μlを60℃で0分間から30分間反応した後にアガロースゲル電気泳動を行った結果、反応時間依存的にDNAのバンドが高分子側にシフトしたため、fYMO81 DNAポリメラーゼ及びtYMO81 DNAポリメラーゼは鎖置換型のDNAポリメラーゼ活性を有していることが示唆された(図6)。Universal primerの塩基配列は、配列番号10に示した。Specifically, M13mp18 single strand DNA 20 ng, Universal primer (5'-GTT TTC CCA GTC ACG ACG TTG TA-3 ') 50 nM, 0.25 mM each dNTPs, 20 mM Tris-HCl (pH 8.8 at 25 ° C) , 10 mM KCl, 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 2 mM MgSO 4 , 0.1% Tween 20, and DNA polymerase 20 μl in total were reacted at 60 ° C for 0 to 30 minutes, followed by agarose gel electrophoresis As a result, the DNA band shifted to the polymer side in a reaction time-dependent manner, suggesting that fYMO81 DNA polymerase and tYMO81 DNA polymerase have a strand displacement type DNA polymerase activity (FIG. 6). . The nucleotide sequence of Universal primer is shown in SEQ ID NO: 10.
実施例3
[Caldothrix satsumae YMO81由来の組換え型DNAポリメラーゼの精製]
実施例2で得た大腸菌を培養し、集菌する。大腸菌をSonication Buffer (200 mM NaCl、1 mM EDTA、1 mM Dithiothreitol、0.1 mM Benzamidine、10 μg/ml Bacitracin、30 μg/ml Phenylmethylsulfonyl fluoride、20mM Tris-HCl(pH 7.5 at 25 ℃))で懸濁し、氷上で温度を下げながら超音波処理によりゲノムDNAを分解する。この懸濁液を55℃の湯浴中にて20分間、加熱する。直ちに氷上で温度を下げ、遠心し上清を集める。Example 3
[Purification of recombinant DNA polymerase from Caldothrix satsumae YMO81]
The E. coli obtained in Example 2 is cultured and collected. E. coli is suspended in Sonication Buffer (200 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1 mM Dithiothreitol, 0.1 mM Benzamidine, 10 μg / ml Bacitracin, 30 μg / ml Phenylmethylsulfonyl fluoride, 20 mM Tris-HCl (pH 7.5 at 25 ° C.)) Decompose genomic DNA by sonication while lowering the temperature on ice. The suspension is heated in a 55 ° C. water bath for 20 minutes. Immediately lower the temperature on ice, centrifuge and collect the supernatant.
上清を陰イオン交換カラム (HiTrap Q HP; GEヘルスケアバイオサイエンス社製) に添加し、十分洗浄した後、NaClの直線濃度勾配により分離した。 The supernatant was added to an anion exchange column (HiTrap Q HP; manufactured by GE Healthcare Bioscience), washed thoroughly, and separated by a linear NaCl gradient.
RCA法及びSDS-PAGEを行い、DNAポリメラーゼを含む分画を確認した。目的の分画を集めてヘパリンアフィニティカラム(HiTrap Heparin HP; GEヘルスケアバイオサイエンス社製)に添加し、十分洗浄した後、NaClの直線濃度勾配により分離した。 RCA method and SDS-PAGE were performed to confirm fractions containing DNA polymerase. The desired fractions were collected, added to a heparin affinity column (HiTrap Heparin HP; manufactured by GE Healthcare Bioscience), washed thoroughly, and then separated by a NaCl linear concentration gradient.
SDS-PAGEを行い、DNAポリメラーゼを含む分画を確認した(図4、レーン3及びレーン6)。集めた分画は、保存緩衝液(0.1 mM EDTA、1 mM Dithiothreitol、10mM Tris-HCl(pH 7.5 at 25 ℃)、0.1% Tween 20、50% Glycerol)に対して十分透析したものを用いて試験例1における解析を行った。 SDS-PAGE was performed to confirm fractions containing DNA polymerase (FIG. 4, lane 3 and lane 6). Collected fractions were tested using well dialyzed against storage buffer (0.1 mM EDTA, 1 mM Dithiothreitol, 10 mM Tris-HCl (pH 7.5 at 25 ° C), 0.1% Tween 20, 50% Glycerol). The analysis in Example 1 was performed.
実施例4
[96-7由来のDNAポリメラーゼIのクローニング]
一般的に天然界においては多くの細菌等の生物が共生関係にあり、特定の細菌の純粋培養は困難な場合が多い。そこで本発明者らは、細菌の培養を経ずに、発酵中のコンポストからメタゲノムDNAを抽出し、PCR法によりDNAポリメラーゼI遺伝子を単離する方法を試みた。Example 4
[Cloning of 96-7-derived DNA polymerase I]
In general, many organisms such as bacteria are symbiotic in nature, and pure culture of specific bacteria is often difficult. Therefore, the present inventors tried a method of extracting metagenomic DNA from composting during fermentation without isolating bacteria and isolating DNA polymerase I gene by PCR.
まず、本発明者らは、霧島火山地帯の土壌から得られた85℃以上の温度で生育する細菌培養物を含み、下水汚泥を主な原料として発酵中のコンポストから90℃前後の高温部分を取り出し、QIAamp DNA Stool Mini Kit(株式会社キアゲン)を用いてDNAを抽出した。 First, the present inventors include a bacterial culture grown at a temperature of 85 ° C. or higher obtained from soil in the Kirishima volcanic area, and a high temperature portion around 90 ° C. from compost during fermentation using sewage sludge as a main raw material. The DNA was extracted using QIAamp DNA Stool Mini Kit (Qiagen Co., Ltd.).
DNAポリメラーゼIにおいて、異種生物間において特に保存性の高いDNAポリメラーゼドメインのアミノ酸配列から縮重プライマーを設計し、得られたメタゲノムDNAを鋳型DNAとしたPCR法により、遺伝子の一部を取得した。得られたDNA断片の配列はサンガー法により解析し、DNAポリメラーゼIとの相同性を確認した。このDNA断片をゲノムDNA中に有すると推定される微生物を96-7と命名した。尚、この微生物96-7の分類は未同定である。 In DNA polymerase I, a degenerate primer was designed from the amino acid sequence of a DNA polymerase domain that is particularly highly conserved among different organisms, and a part of the gene was obtained by PCR using the obtained metagenomic DNA as a template DNA. The sequence of the obtained DNA fragment was analyzed by the Sanger method, and homology with DNA polymerase I was confirmed. The microorganism presumed to have this DNA fragment in the genomic DNA was designated as 96-7. The classification of this microorganism 96-7 has not been identified yet.
次に、メタゲノムDNAを任意の制限酵素で消化し、DNA断片をセルフライゲーションにより環状化した。これを鋳型DNAとしたinverse PCR法により、得られたDNA断片の前後の配列を順次単離した。このinverse PCR法を繰り返すことにより、DNAポリメラーゼI遺伝子の5'-3'エキソヌクレアーゼドメインをコードすると推定される配列を除いた領域の配列を決定した。 Next, the metagenomic DNA was digested with an arbitrary restriction enzyme, and the DNA fragment was circularized by self-ligation. The sequence before and after the obtained DNA fragment was sequentially isolated by the inverse PCR method using this as a template DNA. By repeating this inverse PCR method, the sequence of the region excluding the sequence presumed to encode the 5′-3 ′ exonuclease domain of the DNA polymerase I gene was determined.
単離したDNAポリメラーゼI遺伝子と予想される配列は1,785 bpであり、594アミノ酸から構成されるタンパク質をコードすると推定された。得られたアミノ酸配列とGeobacillus stearothermophilus由来のDNAポリメラーゼI(GenBank Accession No. AAB52611)のアミノ酸配列(配列番号23)との比較を図3に示した。 The predicted sequence for the isolated DNA polymerase I gene is 1,785 bp, and was predicted to encode a protein composed of 594 amino acids. A comparison between the obtained amino acid sequence and the amino acid sequence (SEQ ID NO: 23) of DNA polymerase I (GenBank Accession No. AAB52611) derived from Geobacillus stearothermophilus is shown in FIG.
推定アミノ酸配列の比較において、96-7由来のDNAポリメラーゼIの5’-3’エキソヌクレアーゼドメインと推定されるドメインを含まない領域部分のアミノ酸配列とGeobacillus stearothermophilus由来のDNAポリメラーゼIのアミノ酸レベルにおける相同性は66%であった。 In comparison of the deduced amino acid sequences, the homology at the amino acid level of the DNA polymerase I derived from Geobacillus stearothermophilus with the 5'-3 'exonuclease domain of 96-7 derived DNA polymerase I and the region not including the deduced domain The sex was 66%.
実施例5
[96-7由来のDNAポリメラーゼ発現ベクターの構築]
96-7由来のDNAポリメラーゼ遺伝子をタンパク質発現ベクターExpression Vector pLEAD5 DNAに導入するためにPCRプライマー(t967_N: 5'-GTG ATG TCC GGA CAA AAG GAT G-3'、t967_C_SacI: 5'-GAG GAG CTC TAT TTT GCA TCG AAC CAG-3')を設計した。なお、設計されたプライマー(t967_N、t967_C_SacI)の塩基配列は、配列番号11、12に示した。Example 5
[Construction of DNA polymerase expression vector derived from 96-7]
PCR primers (t967_N: 5'-GTG ATG TCC GGA CAA AAG GAT G-3 ', t967_C_SacI: 5'-GAG GAG CTC TAT to introduce the DNA polymerase gene derived from 96-7 into the protein expression vector Expression Vector pLEAD5 DNA TTT GCA TCG AAC CAG-3 ') was designed. The nucleotide sequences of the designed primers (t967_N, t967_C_SacI) are shown in SEQ ID NOs: 11 and 12, respectively.
図5は、96-7由来のDNAポリメラーゼの大腸菌での発現を示すアクリルアミドゲル電気泳動写真である。図5において、レーン2は5'-3'エキソヌクレアーゼドメインを除去したDNAポリメラーゼの発現を確認したものである。即ち、5'-3'エキソヌクレアーゼドメインを除去するため、285番目のアミノ酸をイソロイシンからメチオニンに置き換えた、595アミノ酸残基、1,785 bpの遺伝子を導入するために前述のプライマー(t967_N、t967_C_SacI)を設計し、94℃にて2分間の熱処理を行った後、94℃に15秒間、50℃に30秒間、68℃に2分間を1サイクルとして合計35サイクルを行うPCR法により目的のDNA断片を増幅した。DNA断片の5’末端はT4ポリヌクレオチドキナーゼによりリン酸化し、一方の末端をさらにSacIにより消化した後、目的のDNA断片のみをアガロースゲルより切り出して、Expression Vector pLEAD5 DNA, pre-digested(株式会社ニッポンジーン)に連結した。このDNAにより大腸菌JM109を形質転換し、形質転換体におけるタンパク質の発現を確認したところ、約75 kDaの予想分子量の組換え型のタンパク質が発現していることが確認された (図5、レーン2)。このタンパク質をコードする595アミノ酸の配列を後述する配列番号3に示した。 FIG. 5 is an acrylamide gel electrophoresis photograph showing the expression of 96-7-derived DNA polymerase in E. coli. In FIG. 5, lane 2 confirms the expression of DNA polymerase from which the 5′-3 ′ exonuclease domain has been removed. That is, in order to remove the 5'-3 'exonuclease domain, the above-mentioned primer (t967_N, t967_C_SacI) was used to introduce a 595 amino acid residue, 1,785 bp gene in which the 285th amino acid was replaced by isoleucine to methionine. After designing and heat-treating at 94 ° C for 2 minutes, the DNA fragment of interest is obtained by PCR using a total of 35 cycles of 94 ° C for 15 seconds, 50 ° C for 30 seconds, and 68 ° C for 2 minutes. Amplified. The 5 ′ end of the DNA fragment was phosphorylated with T4 polynucleotide kinase, and one end was further digested with SacI. Then, only the target DNA fragment was excised from an agarose gel, and Expression Vector pLEAD5 DNA, pre-digested (Inc. Nippon Gene). When E. coli JM109 was transformed with this DNA and the expression of the protein in the transformant was confirmed, it was confirmed that a recombinant protein having an expected molecular weight of about 75 kDa was expressed (FIG. 5, lane 2). ). The sequence of 595 amino acids encoding this protein is shown in SEQ ID NO: 3 described later.
この約75 kDa(t96-7 DNAポリメラーゼと呼称する)のタンパク質を精製し、RCA(Rolling Circle Amplification)法によりDNAポリメラーゼ活性を調べた。鋳型として、大腸菌ファージ由来の環状型一本鎖DNAを用い、このDNAにプライマーを添加して、DNAポリメラーゼ活性と鎖置換活性の有無を検証した。酵素のコントロールとしては、Geobacillus stearothermophilus由来の5'-3'エキソヌクレアーゼ欠損型DNA ポリメラーゼを用いた (Bst DNA Polymerase, Large Fragment; New England Biolabs社製)。 The protein of about 75 kDa (referred to as t96-7 DNA polymerase) was purified, and the DNA polymerase activity was examined by the RCA (Rolling Circle Amplification) method. A circular single-stranded DNA derived from Escherichia coli phage was used as a template, and primers were added to this DNA to verify the presence or absence of DNA polymerase activity and strand displacement activity. As the enzyme control, 5'-3 'exonuclease-deficient DNA polymerase derived from Geobacillus stearothermophilus was used (Bst DNA Polymerase, Large Fragment; New England Biolabs).
具体的には、M13mp18 single strand DNA 20 ng、Universal primer(5'-GTT TTC CCA GTC ACG ACG TTG TA-3')50 nM、0.25 mM each dNTPs、20 mM Tris-HCl(pH 8.8 at 25℃)、10 mM KCl、10 mM (NH4)2SO4、2 mM MgSO4、0.1% Tween 20、及びDNAポリメラーゼを含んだ全量20 μlを60℃で0分間から30分間反応した後にアガロースゲル電気泳動を行った結果、反応時間依存的にDNAのバンドが高分子側にシフトしたため、t96-7 DNAポリメラーゼは鎖置換型のDNAポリメラーゼ活性を有していることが示唆された(図7)。Specifically, M13mp18 single strand DNA 20 ng, Universal primer (5'-GTT TTC CCA GTC ACG ACG TTG TA-3 ') 50 nM, 0.25 mM each dNTPs, 20 mM Tris-HCl (pH 8.8 at 25 ° C) , 10 mM KCl, 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 2 mM MgSO 4 , 0.1% Tween 20, and DNA polymerase 20 μl in total were reacted at 60 ° C for 0 to 30 minutes, followed by agarose gel electrophoresis As a result, the DNA band shifted to the polymer side depending on the reaction time, suggesting that t96-7 DNA polymerase has a strand displacement type DNA polymerase activity (FIG. 7).
実施例6
[96-7由来の組換え型DNAポリメラーゼの精製]
実施例5で得た大腸菌を培養し、集菌する。大腸菌をSonication Buffer(200 mM NaCl、1 mM EDTA、1 mM Dithiothreitol、0.1 mM Benzamidine、10 μg/ml Bacitracin、30 μg/ml Phenylmethylsulfonyl fluoride、20mM Tris-HCl (pH 7.5 at 25 ℃))で懸濁し、氷上で温度を下げながら超音波処理によりゲノムDNAを分解する。この懸濁液を55℃の湯浴中にて20分間、加熱する。直ちに氷上で温度を下げ、遠心し上清を集める。Example 6
[Purification of 96-7-derived recombinant DNA polymerase]
The E. coli obtained in Example 5 is cultured and collected. E. coli is suspended in Sonication Buffer (200 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1 mM Dithiothreitol, 0.1 mM Benzamidine, 10 μg / ml Bacitracin, 30 μg / ml Phenylmethylsulfonyl fluoride, 20 mM Tris-HCl (pH 7.5 at 25 ° C.)) Decompose genomic DNA by sonication while lowering the temperature on ice. The suspension is heated in a 55 ° C. water bath for 20 minutes. Immediately lower the temperature on ice, centrifuge and collect the supernatant.
上清を陰イオン交換カラム(HiTrap Q HP; GEヘルスケアバイオサイエンス社製)に添加し、十分洗浄した後、NaClの直線濃度勾配により分離した。 The supernatant was added to an anion exchange column (HiTrap Q HP; manufactured by GE Healthcare Bioscience), washed thoroughly, and separated by a linear NaCl gradient.
RCA法及びSDS-PAGEを行い、DNAポリメラーゼを含む分画を確認した。目的の分画を集めてヘパリンアフィニティカラム(HiTrap Heparin HP; GEヘルスケアバイオサイエンス社製)に添加し、十分洗浄した後、NaClの直線濃度勾配により分離した。 RCA method and SDS-PAGE were performed to confirm fractions containing DNA polymerase. The desired fractions were collected, added to a heparin affinity column (HiTrap Heparin HP; manufactured by GE Healthcare Bioscience), washed thoroughly, and then separated by a NaCl linear concentration gradient.
SDS-PAGEを行い、DNAポリメラーゼを含む分画を確認した(図5、レーン3)。集めた分画は、保存緩衝液(0.1 mM EDTA、1 mM Dithiothreitol、10mM Tris-HCl (pH 7.5 at 25 ℃)、0.1% Tween 20、50% Glycerol)に対して十分透析したものを用いて試験例1における解析を行った。 SDS-PAGE was performed to confirm the fraction containing DNA polymerase (FIG. 5, lane 3). Collected fractions were tested using well dialyzed against storage buffer (0.1 mM EDTA, 1 mM Dithiothreitol, 10 mM Tris-HCl (pH 7.5 at 25 ° C), 0.1% Tween 20, 50% Glycerol). The analysis in Example 1 was performed.
試験例1
[反応特性の検証]Test example 1
[Verification of reaction characteristics]
5’-3’エキソヌクレアーゼドメインを除去したtYMO81 DNAポリメラーゼ及びt96-7 DNAポリメラーゼに関して、詳細に性能を検証した。 The performance was verified in detail for tYMO81 DNA polymerase and t96-7 DNA polymerase from which the 5'-3 'exonuclease domain was removed.
試験例1−1
[RCA法による至適反応温度の評価]
RCA法により、tYMO81 DNAポリメラーゼ及びt96-7 DNAポリメラーゼの至適反応温度を評価した。即ち、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃の各温度にてRCA法を行った。30分間反応した後にアガロースゲル電気泳動を行い、DNAのバンドが高分子側にシフトすることを確認した(図8)。なお、1反応あたりBst DNA Polymerase, Large Fragmentは4 unit、fYMO81 DNAポリメラーゼ、tYMO81 DNAポリメラーゼ、t96-7 DNAポリメラーゼはそれぞれ400 ngを使用した。Test Example 1-1
[Evaluation of optimum reaction temperature by RCA method]
The optimum reaction temperature of tYMO81 DNA polymerase and t96-7 DNA polymerase was evaluated by the RCA method. That is, the RCA method was performed at each temperature of 40 ° C, 45 ° C, 50 ° C, 55 ° C, 60 ° C, 65 ° C, 70 ° C, and 75 ° C. After reacting for 30 minutes, agarose gel electrophoresis was performed, and it was confirmed that the DNA band was shifted to the polymer side (FIG. 8). For each reaction, 4 units of Bst DNA Polymerase and Large Fragment, 400 ng of fYMO81 DNA polymerase, tYMO81 DNA polymerase, and t96-7 DNA polymerase were used.
一定の時間内に高分子側にバンドがシフトする移動度によってDNAポリメラーゼ活性及び鎖置換型活性の強さを評価したところ、Bst DNA Polymerase, Large Fragmentは50〜65℃の温度域においてDNAポリメラーゼ活性及び鎖置換型活性が最大となるのに対し、tYMO81 DNAポリメラーゼは60〜75℃、t96-7 DNAポリメラーゼは45〜55℃においてその活性が最大となった。また、fYMO81 DNAポリメラーゼにおいても鎖置換型DNAポリメラーゼ活性を示唆するDNAの高分子化が認められたが、内因性の5’-3’エキソヌクレアーゼ活性によると考えられる、多量の低分子核酸の形成が認められたため、以降の反応特性に関する解析は実施しなかった。 The strength of DNA polymerase activity and strand displacement activity was evaluated by the mobility of the band shift to the polymer side within a certain time. Bst DNA Polymerase and Large Fragment showed DNA polymerase activity in the temperature range of 50 to 65 ° C. In contrast, tYMO81 DNA polymerase had the maximum activity at 60 to 75 ° C, and t96-7 DNA polymerase had the maximum activity at 45 to 55 ° C. In addition, fYMO81 DNA polymerase also showed high molecular weight DNA suggesting strand displacement DNA polymerase activity, but formation of a large amount of small nucleic acid, probably due to endogenous 5'-3 'exonuclease activity. As a result, subsequent analysis on the reaction characteristics was not performed.
試験例1−2
[LAMP法による至適反応温度の評価]
LAMP法を用いたリアルタイム濁度測定により、tYMO81 DNAポリメラーゼ及びt96-7 DNAポリメラーゼの至適反応温度を評価した。具体的には、陽性コントロールプラスミドDNA、LAMPプライマーセット、0.25 mM each dNTPs、20 mM Tris-HC (pH 8.8 at 25℃)、10 mM KCl、10 mM(NH4)2SO4、2 mM MgSO4、0.1% Tween 20、及びDNAポリメラーゼを含んだ全量25 μlを、Loopamp リアルタイム濁度測定装置LA-200(テラメックス社製 で1時間保温、濁度の上昇を観察した。LAMP法を用いたリアルタイム濁度測定においては、濁度が0.1に到達した時点までに要した反応時間(Tt)を比較した。このTtの値が低い程、効率良く反応が進行している指標となる。Test Example 1-2
[Evaluation of optimum reaction temperature by LAMP method]
The optimal reaction temperature of tYMO81 DNA polymerase and t96-7 DNA polymerase was evaluated by real-time turbidity measurement using the LAMP method. Specifically, positive control plasmid DNA, LAMP primer set, 0.25 mM each dNTPs, 20 mM Tris-HC (pH 8.8 at 25 ° C.), 10 mM KCl, 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 2 mM MgSO 4 , 0.1% Tween 20, and a total of 25 μl of DNA polymerase were added to the Loopamp Real-time Turbidimeter LA-200 (manufactured by Teramex for 1 hour, and the increase in turbidity was observed. Real-time turbidity using the LAMP method In the degree measurement, the reaction time (Tt) required until the turbidity reached 0.1 was compared, and the lower the Tt value, the more efficiently the reaction progresses.
ここで用いた陽性コントロールプラスミドDNAはカンキツグリーニング病の原因微生物であるCandidatus Liberibacter asiaticus或いは植物病害ウイルスの媒介昆虫であるタバココナジラミバイオタイプQに特徴的な配列を含むものとし、LAMPプライマーセットは、それぞれの配列を特異的に検出する目的で設計されたものを用いた。Candidatus Liberibacter asiaticusを特異的に検出するためのLAMPプライマーセットとして、FIPに配列番号13、BIPに配列番号14、F3に配列番号15、B3に配列番号16、LFに配列番号17、LBに配列番号18の各プライマーを用いる組合せを用いた。また、タバココナジラミバイオタイプQを特異的に検出するためのLAMPプライマーセットとして、FIPに配列番号19、BIPに配列番号20、F3に配列番号21、B3に配列番号22の各プライマーを用いる組合せを用いた。 The positive control plasmid DNA used here contains sequences characteristic of Candidatus Liberibacter asiaticus, a causative microorganism of citrus greening disease, or tobacco whitefly biotype Q, a vector insect of plant disease virus. The one designed for the purpose of specifically detecting the sequence of was used. As a LAMP primer set for specifically detecting Candidatus Liberibacter asiaticus, SEQ ID NO: 13 for FIP, SEQ ID NO: 14 for BIP, SEQ ID NO: 15 for F3, SEQ ID NO: 16 for B3, SEQ ID NO: 17 for LF, SEQ ID NO: 17 for LB A combination using 18 each primer was used. Further, as a LAMP primer set for specifically detecting tobacco whitefly biotype Q, a combination using SEQ ID NO: 19 for FIP, SEQ ID NO: 20 for BIP, SEQ ID NO: 21 for F3, and SEQ ID NO: 22 for B3 Using.
tYMO81 DNAポリメラーゼに関してはCandidatus Liberibacter asiaticusを特異的に検出するためのLAMPプライマーセットと陽性コントロールプラスミドDNAを用い、60℃、65℃、70℃の各温度にてリアルタイム濁度測定を行った。なお、1反応あたりBst DNA Polymerase, Large Fragmentは8 unit、tYMO81 DNAポリメラーゼは800 ngを使用した。 For tYMO81 DNA polymerase, real-time turbidity measurement was performed at 60 ° C., 65 ° C., and 70 ° C. using a LAMP primer set and a positive control plasmid DNA for specifically detecting Candidatus Liberibacter asiaticus. For each reaction, 8 units of Bst DNA Polymerase and Large Fragment and 800 ng of tYMO81 DNA polymerase were used.
その結果、Bst DNA Polymerase, Large Fragmentは70℃では顕著にTtが高くなるのに対し、tYMO81 DNAポリメラーゼでは70℃でも低いTtを維持していた。これは、従来よりも高温域におけるLAMPプライマーの設計を可能とすることを示唆している(表1)。 As a result, Bst DNA Polymerase and Large Fragment showed significantly higher Tt at 70 ° C, whereas tYMO81 DNA polymerase maintained low Tt even at 70 ° C. This suggests that it is possible to design a LAMP primer at a higher temperature than in the past (Table 1).
t96-7 DNAポリメラーゼに関してはタバココナジラミバイオタイプQを特異的に検出するためのLAMPプライマーセットと陽性コントロールプラスミドDNAを用い、55℃、60℃の各温度にてリアルタイム濁度測定を行った。なお、1反応あたりBst DNA Polymerase, Large Fragmentは8 unit、t96-7 DNAポリメラーゼは600 ngを使用した。 For t96-7 DNA polymerase, real-time turbidity measurement was performed at 55 ° C. and 60 ° C. using a LAMP primer set for positive detection of tobacco whitefly biotype Q and a positive control plasmid DNA. For each reaction, 8 units of Bst DNA Polymerase and Large Fragment and 600 ng of t96-7 DNA polymerase were used.
Bst DNA Polymerase, Large Fragmentは55℃では顕著にTtが低くなるのに対し、t96-7 DNAポリメラーゼでは55℃でも低いTtを維持しており、従来よりも低温域におけるLAMPプライマーの設計を可能とすることを示唆している(表2)。 Bst DNA Polymerase, Large Fragment has a significantly lower Tt at 55 ° C, while t96-7 DNA polymerase maintains a lower Tt at 55 ° C, enabling the design of LAMP primers at lower temperatures than before. (Table 2).
試験例1−3
[tYMO81 DNAポリメラーゼの耐熱性の評価]
tYMO81 DNAポリメラーゼはBst DNA Polymerase, Large Fragmentよりも高い耐熱性を有することが示唆されたため、予め70℃、75℃、80℃、85、90℃の各温度で5分間、tYMO81 DNAポリメラーゼ及びBst DNA Polymerase, Large Fragmentを処理した後、LAMP法を用いたリアルタイム濁度測定を行い、活性が維持されているかどうかを評価した。Candidatus Liberibacter asiaticusを特異的に検出するためのLAMPプライマーセットと陽性コントロールプラスミドDNAを用い、65℃、1時間のリアルタイム濁度測定を行った。なお、1反応あたりBst DNA Polymerase, Large Fragmentは8 unit、tYMO81 DNAポリメラーゼは800 ngを使用した。Test Example 1-3
[Evaluation of heat resistance of tYMO81 DNA polymerase]
Since tYMO81 DNA polymerase was suggested to have higher heat resistance than Bst DNA Polymerase, Large Fragment, tYMO81 DNA polymerase and Bst DNA for 5 minutes in advance at 70 ° C, 75 ° C, 80 ° C, 85, 90 ° C. After treating Polymerase and Large Fragment, real-time turbidity measurement using LAMP method was performed to evaluate whether the activity was maintained. Real-time turbidity measurement was performed at 65 ° C for 1 hour using a LAMP primer set and a positive control plasmid DNA for specifically detecting Candidatus Liberibacter asiaticus. For each reaction, 8 units of Bst DNA Polymerase and Large Fragment and 800 ng of tYMO81 DNA polymerase were used.
Bst DNA Polymerase, Large Fragmentでは70℃、5分間の処理によってLAMP法における濁度の上昇が観察されなくなったため、70℃以上の高温下での処理においてはタンパク質の活性が著しく低下すると予想される。これに対し、tYMO81 DNAポリメラーゼでは80℃、5分間の処理の後でも活性を維持しており、タンパク質の耐熱性が有意に向上していた(表3)。 With Bst DNA Polymerase, Large Fragment, the increase in turbidity in the LAMP method was no longer observed after treatment at 70 ° C for 5 minutes, so it is expected that the protein activity would be significantly reduced when the treatment was performed at a high temperature of 70 ° C or higher. In contrast, tYMO81 DNA polymerase maintained activity even after treatment at 80 ° C. for 5 minutes, and the heat resistance of the protein was significantly improved (Table 3).
[t96-7 DNAポリメラーゼの耐熱性の評価]
t96-7 DNAポリメラーゼはBst DNA Polymerase, Large Fragmentよりも高い耐熱性を有することが示唆されたたため、予め65、70℃、75℃、80℃、85、90℃の各温度で5分間、t96-7 DNAポリメラーゼ及びBst DNA Polymerase, Large Fragmentを処理した後、LAMP法を用いたリアルタイム濁度測定を行い、活性が維持されているかどうかを評価した。タバココナジラミバイオタイプQを特異的に検出するためのLAMPプライマーセットと陽性コントロールプラスミドDNAを用い、60℃、1時間のリアルタイム濁度測定を行った。なお、1反応あたりBst DNA Polymerase, Large Fragmentは8 unit、t96-7 DNAポリメラーゼは600 ngを使用した。[Evaluation of heat resistance of t96-7 DNA polymerase]
Since t96-7 DNA polymerase was suggested to have higher heat resistance than Bst DNA Polymerase, Large Fragment, t96-7 in advance at each temperature of 65, 70 ° C, 75 ° C, 80 ° C, 85, 90 ° C, t96 -7 After treating DNA polymerase, Bst DNA Polymerase, and Large Fragment, real-time turbidity measurement was performed using the LAMP method to evaluate whether the activity was maintained. Real-time turbidity measurement was performed at 60 ° C. for 1 hour using a LAMP primer set and a positive control plasmid DNA for specifically detecting tobacco whitefly biotype Q. For each reaction, 8 units of Bst DNA Polymerase and Large Fragment and 600 ng of t96-7 DNA polymerase were used.
Bst DNA Polymerase, Large Fragmentでは70℃、5分間の処理によってLAMP法における濁度の上昇が観察されなくなったため、70℃以上の高温下での処理においてはタンパク質の活性が著しく低下すると予想される。これに対し、t96-7 DNAポリメラーゼでは65℃、5分間の処理により濁度の上昇が認められなくなっているが、熱処理を施していないt96-7 DNAポリメラーゼを用いた場合60℃、1時間のリアルタイム濁度測定は可能であり、Bst DNA Polymerase, Lage Fragmentよりも低温域で活性を維持していた結果と一致して、少なくとも55〜60℃では活性を維持していることが示唆された(表4)。 With Bst DNA Polymerase, Large Fragment, the increase in turbidity in the LAMP method was no longer observed after treatment at 70 ° C for 5 minutes, so it is expected that the protein activity would be significantly reduced when the treatment was performed at a high temperature of 70 ° C or higher. In contrast, with t96-7 DNA polymerase, no increase in turbidity was observed after 5 minutes of treatment at 65 ° C, but when t96-7 DNA polymerase without heat treatment was used, 60 ° C for 1 hour. Real-time turbidity measurement is possible, and it was suggested that the activity was maintained at least at 55-60 ° C, consistent with the results of maintaining the activity at lower temperatures than Bst DNA Polymerase and Lage Fragment ( Table 4).
試験例1−4
[LAMP法による至適反応pHの評価]
LAMP法を用いたリアルタイム濁度測定により、tYMO81 DNAポリメラーゼ及びt96-7 DNAポリメラーゼの至適反応pHを評価した。具体的には、LAMP法に含まれるTris-HClのpHを本来の8.8から上下に変化させることによるTtの値の変化を観察した。なお、Tris-HClのpHは全て25℃の温度条件下にて調整されたものを用いた(表5)。Test Example 1-4
[Evaluation of optimum reaction pH by LAMP method]
The optimal reaction pH of tYMO81 DNA polymerase and t96-7 DNA polymerase was evaluated by real-time turbidity measurement using the LAMP method. Specifically, the change in the Tt value was observed when the pH of Tris-HCl contained in the LAMP method was changed from the original 8.8 up and down. The pH of Tris-HCl was adjusted under the temperature condition of 25 ° C. (Table 5).
tYMO81 DNAポリメラーゼに関してはCandidatus Liberibacter asiaticusを特異的に検出するためのLAMPプライマーセットと陽性コントロールプラスミドDNAを用いてBst DNA Polymerase, Large Fragmentと比較した。即ち、7.5、8.0、8.3、8.8、9.0、9.5、10.0の各pHにおいて65℃、1時間のリアルタイム濁度測定を行った。なお、1反応あたりBst DNA Polymerase, Large Fragmentは8 unit、tYMO81 DNAポリメラーゼは800 ngを使用した。 tYMO81 DNA polymerase was compared with Bst DNA Polymerase and Large Fragment using LAMP primer set and positive control plasmid DNA for specific detection of Candidatus Liberibacter asiaticus. That is, real-time turbidity measurement was performed at 65 ° C. for 1 hour at each pH of 7.5, 8.0, 8.3, 8.8, 9.0, 9.5, and 10.0. For each reaction, 8 units of Bst DNA Polymerase and Large Fragment and 800 ng of tYMO81 DNA polymerase were used.
Bst DNA Polymerase, Large Fragmentは8.3付近のpHにおいてTtが最も低くなるのに対し、tYMO81 DNAポリメラーゼでは、8.8から10.0までの広いpHの範囲においてTtが最も低くなっていた。一般的なDNA合成においては、反応副産物の生成及びTris系緩衝液の温度依存性によって反応液のpHが酸性側に傾き、タンパク質の溶解度が低下することによってDNAポリメラーゼの活性が著しく低下することが知られているが、tYMO81 DNAポリメラーゼでは予め高いpHの緩衝液を用いることにより、この問題を解消し、DNAポリメラーゼの活性を維持したまま、安定に反応を行うことが可能であると予想される。 Bst DNA Polymerase and Large Fragment had the lowest Tt at a pH around 8.3, whereas tYMO81 DNA polymerase had the lowest Tt in a wide pH range from 8.8 to 10.0. In general DNA synthesis, the pH of the reaction solution tends to be acidic due to the generation of reaction by-products and the temperature dependence of the Tris buffer, and the solubility of the protein may significantly reduce the DNA polymerase activity. As is known, tYMO81 DNA polymerase is expected to solve this problem by using a high pH buffer solution in advance, and to perform a stable reaction while maintaining the activity of DNA polymerase. .
t96-7 DNAポリメラーゼに関してはタバココナジラミバイオタイプQを特異的に検出するためのLAMPプライマーセットと陽性コントロールプラスミドDNAを用いてBst DNA Polymerase, Large Fragmentと比較した。即ち、7.5、8.0、8.3、8.8、9.0の各pHにおいて60℃、1時間のリアルタイム濁度測定を行った。なお、1反応あたりBst DNA Polymerase, Large Fragmentは8 unit、t96-7 DNAポリメラーゼは600 ngを使用した。 t96-7 DNA polymerase was compared with Bst DNA Polymerase, Large Fragment using LAMP primer set and positive control plasmid DNA for specifically detecting tobacco whitefly biotype Q. That is, real-time turbidity measurement was performed at 60 ° C. for 1 hour at each pH of 7.5, 8.0, 8.3, 8.8, and 9.0. For each reaction, 8 units of Bst DNA Polymerase and Large Fragment and 600 ng of t96-7 DNA polymerase were used.
Bst DNA Polymerase, Large Fragmentは8.3付近のpHにおいてTtが最も低くなるのに対し、t96-7 DNAポリメラーゼでは、8.3から9.0までのpHの範囲においてTtが最も低くなっていた。t96-7 DNAポリメラーゼは、tYMO81 DNAポリメラーゼには及ばないが、Bst DNA Polymerase, Large Fragmentよりも塩基性側及び広範囲のpH条件下においての利用が可能であると予想される。 Bst DNA Polymerase and Large Fragment had the lowest Tt at pH around 8.3, whereas t96-7 DNA polymerase had the lowest Tt in the pH range from 8.3 to 9.0. Although t96-7 DNA polymerase does not reach tYMO81 DNA polymerase, it is expected to be usable on the basic side and in a wider range of pH conditions than Bst DNA Polymerase, Large Fragment.
試験例1−5
[LAMP法による耐塩基性の評価]
LAMP法などの遺伝子診断法において、増幅すべき標的となる核酸は生体試料より抽出されるが、この工程において、水酸化ナトリウム等の強塩基性溶液を用いて細胞のタンパク質を変性させる方法が知られている。しかしながら、この塩基性溶液の残存は意図しない反応溶液のpH上昇やDNAポリメラーゼ等タンパク質分子の加水分解を引き起こし、結果的にDNAポリメラーゼによるDNA合成反応を阻害するため、生体試料から核酸分子を抽出した場合、それらの阻害物質を除去するために、有機溶媒による抽出や遠心操作を用いた濃縮、分離による核酸の精製が必要とされる。そこで本発明者らは、tYMO81 DNAポリメラーゼの至適pHが8.8から10.0付近と、比較的塩基性側に偏っていることに着目し、塩基性溶液中におけるtYMO81 DNAポリメラーゼの活性の変化及び阻害の影響に関して評価を行った(表6)。Test Example 1-5
[Evaluation of base resistance by LAMP method]
In genetic diagnosis methods such as the LAMP method, the target nucleic acid to be amplified is extracted from a biological sample. In this process, a method of denaturing cellular proteins using a strongly basic solution such as sodium hydroxide is known. It has been. However, the remaining of the basic solution unintentionally increases the pH of the reaction solution and causes hydrolysis of protein molecules such as DNA polymerase. As a result, the DNA synthesis reaction by DNA polymerase is inhibited, so nucleic acid molecules are extracted from biological samples. In some cases, in order to remove these inhibitory substances, it is necessary to purify the nucleic acid by extraction with an organic solvent, concentration using a centrifugation operation, or separation. Therefore, the present inventors focused on the fact that the optimum pH of tYMO81 DNA polymerase is around 8.8 to 10.0 and is relatively biased toward the basic side. The impact was evaluated (Table 6).
具体的には、カンキツ葉に感染しているCandidatus Liberibacter asiaticusのゲノムDNAを抽出するプロトコルを利用した。即ち、250 mM水酸化ナトリウムによりカンキツ葉検体から核酸を抽出し、2.5 M酢酸により中和した後にイソプロパノール沈澱を行い、核酸を濃縮、精製する方法を改変して、酢酸の添加量を減じた抽出溶液を直接添加する条件下にてLAMP法を用いたリアルタイム濁度測定を行った。 Specifically, a protocol for extracting genomic DNA of Candidatus Liberibacter asiaticus infected with citrus leaves was used. In other words, extraction of nucleic acid from citrus leaf specimens with 250 mM sodium hydroxide, neutralization with 2.5 M acetic acid followed by isopropanol precipitation, modification of the method for concentrating and purifying nucleic acids, and extraction with a reduced amount of acetic acid Real-time turbidity measurement using the LAMP method was performed under the condition where the solution was added directly.
通常は250μlの250 mM水酸化ナトリウム中にカンキツ葉を入れて煮沸処理した後、50 μlの2.5 M酢酸を添加して中和する。本発明者らは擬似的にこの水酸化ナトリウムと酢酸の混合溶液を調製し、その2μlを反応溶液に添加する条件下にて、Candidatus Liberibacter asiaticusを特異的に検出するためのLAMPプライマーセットと陽性コントロールプラスミドDNAを用いてリアルタイム濁度測定を行った。その結果、上記の混合溶液原液を使用した場合には、tYMO81 DNAポリメラーゼ、Bst DNA Polymerase, Large Fragmentともに、濁度の上昇が認められなかった。これは高濃度の水酸化ナトリウム或いは酢酸の持ち込みにより、溶液のイオン強度、pHの大幅な変動が起こり、DNAポリメラーゼ反応が阻害を受けているためであると予想される。 Usually, citrus leaves are placed in 250 μl of 250 mM sodium hydroxide and boiled, and then neutralized by adding 50 μl of 2.5 M acetic acid. The inventors prepared a mixed solution of sodium hydroxide and acetic acid in a pseudo manner, and positively added a LAMP primer set for specifically detecting Candidatus Liberibacter asiaticus under the condition that 2 μl thereof was added to the reaction solution. Real-time turbidity measurement was performed using control plasmid DNA. As a result, when the above mixed solution stock solution was used, no increase in turbidity was observed for both tYMO81 DNA polymerase, Bst DNA Polymerase, and Large Fragment. This is presumably because the ionic strength and pH of the solution greatly fluctuate due to high concentrations of sodium hydroxide or acetic acid, and the DNA polymerase reaction is inhibited.
そこで本発明者らは、上記の混合溶液(希釈抽出溶液と呼称する)を滅菌蒸留水にて2倍に希釈してから添加すると、tYMO81 DNAポリメラーゼ、Bst DNA Polymerase, Large Fragmentともに、濁度の上昇が認められることを見出し、この希釈抽出溶液の総量を600μl、250 mM水酸化ナトリウムの添加量を250μlに固定した上で、酢酸添加液量を50μl、25μl、12.5μl、5μl、0μlと段階的に減じた希釈抽出溶液を添加する条件下にて、Candidatus Liberibacter asiaticusを特異的に検出するためのLAMPプライマーセットと陽性コントロールプラスミドDNAを用いて65℃、1時間のリアルタイム濁度測定を行った。なお、1反応あたりBst DNA Polymerase, Large Fragmentは8 unit、tYMO81 DNAポリメラーゼは500 ngを使用した。また、希釈抽出溶液のコントロールとして、代わりに滅菌蒸留水のみを添加する反応を加えた。 Therefore, the present inventors added the above mixed solution (referred to as a diluted extraction solution) after diluting it twice with sterilized distilled water and adding it, both tYMO81 DNA polymerase, Bst DNA Polymerase, and Large Fragment have turbidity. We found that there was an increase, and fixed the total volume of this diluted extract solution to 600 μl, the addition amount of 250 mM sodium hydroxide to 250 μl, and the acetic acid addition solution volume to 50 μl, 25 μl, 12.5 μl, 5 μl, 0 μl Real-time turbidity measurement was performed at 65 ° C for 1 hour using a LAMP primer set and a positive control plasmid DNA for specific detection of Candidatus Liberibacter asiaticus . Note that 8 units of Bst DNA Polymerase and Large Fragment and 500 ng of tYMO81 DNA polymerase were used per reaction. In addition, as a control for the diluted extract solution, a reaction in which only sterile distilled water was added was added instead.
Bst DNA Polymerase, Large Fragmentでは、酢酸の添加量が5μl或いは0μlになると顕著にTtの上昇が認められ、塩基性溶液の中和を必須とすることが示唆されたのに対し、tYMO81 DNAポリメラーゼでは、逆に酢酸の添加量が5μl或いは0μl付近でTtが最も低くなっていた。従って、tYMO81 DNAポリメラーゼを用いる場合、強塩基溶液を用いるような核酸抽出試料を中和、濃縮、溶液除去等の操作を省略して直接核酸増幅反応に投入が可能となる点で、遺伝子解析、検査、診断分野において従来のDNAポリメラーゼよりも医療、食品、農業などよりも広範囲での応用、自動化への適応による検査方法の簡易化が期待される。興味深いのは、酢酸の添加量が12.5μl、5μl、或いは0μlの場合に、コントロールとして滅菌蒸留水のみを添加した場合と比較してTtが顕著に低下している点である。これは、tYMO81 DNAポリメラーゼの至適pHが8.8から10.0付近の塩基性側の広範囲に分布する本発明中のデータの傾向とも一致しており、tYMO81 DNAポリメラーゼは強塩基性溶液により活性阻害を受けるのではなく、むしろ活性化されると考えられ、本来、塩基性の反応条件を要求する可能性がある。 In Bst DNA Polymerase, Large Fragment, Tt increased markedly when the amount of acetic acid added was 5 μl or 0 μl, suggesting that neutralization of the basic solution was essential, whereas tYMO81 DNA polymerase On the contrary, Tt was the lowest when the added amount of acetic acid was 5 μl or around 0 μl. Therefore, when tYMO81 DNA polymerase is used, a nucleic acid extraction sample using a strong base solution can be directly input into a nucleic acid amplification reaction by omitting operations such as neutralization, concentration and solution removal. In the field of testing and diagnosis, it is expected to simplify the testing method by applying to a wider range of applications and automation than the conventional DNA polymerase. Interestingly, when the amount of acetic acid added is 12.5 μl, 5 μl, or 0 μl, Tt is remarkably reduced as compared with the case where only sterile distilled water is added as a control. This is consistent with the trend of the data in the present invention in which the optimum pH of tYMO81 DNA polymerase is distributed over a wide range on the basic side of 8.8 to 10.0, and tYMO81 DNA polymerase is inhibited by a strongly basic solution. Rather, it is believed to be activated and may inherently require basic reaction conditions.
試験例1−6
[LAMP法によるタンパク質保存安定性の評価]
一般的な遺伝子診断、核酸の増幅において、反応の構成試薬である酵素溶液は大腸菌、或いはその他の微生物、植物、動物のいずれかに由来するタンパク質であることがほとんどであり、タンパク質はその分子のみを単離した場合に、タンパク質分解酵素や、温度変化、酸化などの要因によって不安定化することが多い。遺伝子解析、検査、診断分野において、LAMP法などの遺伝子診断法は再現性に優れている必要があり、DNAポリメラーゼの品質がどの程度安定に維持できるかは無視できない重要な性質となる。そこで本発明者らは、tYMO81 DNAポリメラーゼが80℃付近おいてもその活性を失わないことに着目し、tYMO81 DNAポリメラーゼとBst DNA Polymerase, Large Fragmentの保存安定性を比較した。具体的には、37℃の保存では24時間でtYMO81 DNAポリメラーゼ、Bst DNA Polymerase, Large Fragmentともに変化が認められなかったため、温度の負荷レベルを上昇させた条件下、例えばここでは、LAMP法で一般的に用いられる65℃の温度における残存活性の変動に関して評価を行った(表7)。表7では、全て四重測定の平均値とした。Test Example 1-6
[Evaluation of protein storage stability by LAMP method]
In general genetic diagnosis and amplification of nucleic acids, the enzyme solution that is a component of the reaction is mostly a protein derived from Escherichia coli or any other microorganism, plant, or animal. Is often destabilized by factors such as proteolytic enzymes, temperature changes, and oxidation. In the field of genetic analysis, testing and diagnosis, genetic diagnostic methods such as the LAMP method must be excellent in reproducibility, and how stable the quality of DNA polymerase can be ignored is an important property. Accordingly, the present inventors focused on the fact that tYMO81 DNA polymerase does not lose its activity even at around 80 ° C., and compared the storage stability of tYMO81 DNA polymerase with Bst DNA Polymerase, Large Fragment. Specifically, no changes were observed in tYMO81 DNA polymerase, Bst DNA Polymerase, and Large Fragment in 24 hours during storage at 37 ° C. Therefore, under the conditions that increased the temperature load level, for example, the LAMP method is generally used here. Evaluation was made on the variation in residual activity at a temperature of 65 ° C., which is commonly used (Table 7). In Table 7, all were the average values of quadruple measurements.
Bst DNA Polymerase, Large Fragmentは市販されている保存溶液、即ち、緩衝液、塩、グリセロール、及び界面活性剤を含む条件下にて保存安定性を評価した。なお、tYMO81 DNAポリメラーゼは緩衝液、塩、グリセロール、及び界面活性剤を含む条件下の場合、65℃に保存しても24時間までに活性の有意な変動が認められなかったため、tYMO81 DNAポリメラーゼに関してはさらに負荷レベルを上げ、tYMO81滅菌蒸留水中における保存安定性を評価した。酵素溶液は65℃にて、3時間、6時間、24時間それぞれ保存した後、Candidatus Liberibacter asiaticusを特異的に検出するためのLAMPプライマーセットと陽性コントロールプラスミドDNAを用いて評価した。なお、1反応あたりBst DNA Polymerase, Large Fragmentは8 unit、tYMO81 DNAポリメラーゼは500 ngを使用した。 Bst DNA Polymerase, Large Fragment was evaluated for storage stability under conditions containing a commercially available storage solution, ie, buffer, salt, glycerol, and surfactant. It should be noted that tYMO81 DNA polymerase does not show a significant change in activity by 24 hours even when stored at 65 ° C under conditions including buffer, salt, glycerol, and surfactant. Increased the loading level and evaluated the storage stability in tYMO81 sterilized distilled water. The enzyme solution was stored at 65 ° C. for 3 hours, 6 hours, and 24 hours, and then evaluated using a LAMP primer set and a positive control plasmid DNA for specifically detecting Candidatus Liberibacter asiaticus. Note that 8 units of Bst DNA Polymerase and Large Fragment and 500 ng of tYMO81 DNA polymerase were used per reaction.
Bst DNA Polymerase, Large Fragmentでは65℃、3時間の処理によってTtの著しい上昇が確認され、その後、6時間、24時間のそれぞれの経過後には段階的にTtが上昇しているが、特に最初の3時間における活性の低下が大きいと予想される。これに対し、tYMO81 DNAポリメラーゼでは65℃、3時間の処理の後でもTtの変動は極めて小さく、6時間後までの活性低下も緩やかであり、それ以降24時間までは活性の低下が見られなかった。通常、タンパク質の溶液はグリセロール、ウシ血清アルブミン、界面活性剤、プロテアーゼ阻害剤等で知られるタンパク質安定化剤の存在下にて、2-8℃程度の低温、或いはさらに低温域の-20℃や-80℃程度の条件にて保存されるが、滅菌蒸留水中にほぼ単一なタンパク質分子として存在させたtYMO81 DNAポリメラーゼが65℃の条件下においても活性のほとんどを失わなかったことは、タンパク質の長期保存安定性、さらには負荷条件への耐性を示唆するものであり、有用な性質である。 In Bst DNA Polymerase, Large Fragment, a significant increase in Tt was confirmed by treatment at 65 ° C for 3 hours, and then Tt increased gradually after each of 6 hours and 24 hours. The decrease in activity at 3 hours is expected to be large. In contrast, with tYMO81 DNA polymerase, the Tt fluctuation is very small even after treatment at 65 ° C for 3 hours, the activity declines slowly after 6 hours, and no decline in activity is seen until 24 hours thereafter. It was. Usually, protein solutions are in the presence of protein stabilizers known as glycerol, bovine serum albumin, surfactants, protease inhibitors, etc., at a low temperature of about 2-8 ° C, or even at a low temperature range of -20 ° C. The tYMO81 DNA polymerase, which was stored as a nearly single protein molecule in sterile distilled water at about -80 ° C, did not lose most of its activity even at 65 ° C. It suggests long-term storage stability and resistance to loading conditions, and is a useful property.
本発明は、鎖置換型DNAポリメラーゼを用いるあらゆる分野に利用可能である。
The present invention can be used in any field where a strand displacement type DNA polymerase is used.
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